第4章_電化學(xué)加工

1、第4章 電化學(xué)加工 電化學(xué)加工(Electrochemical Machining，ECM)是特種加工的一個(gè)重要分支，目前已成為一種較為成熟的特種加工工藝，被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。根據(jù)加工原理，電化學(xué)加工可分為以下三大類： (1) 利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理去除工件材料。 (2) 利用電化學(xué)陰極沉積的原理進(jìn)行鍍覆加工。 (3) 利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工。第一節(jié)第一節(jié) 電化學(xué)加工原理及分類電化學(xué)加工原理及分類n電子導(dǎo)體（金屬）電子導(dǎo)體（金屬）n自由電子定向移動(dòng)而自由電子定向移動(dòng)而形成電流形成電流n離子導(dǎo)體（溶液）離子導(dǎo)體（溶液）n溶液中的正負(fù)離子移溶液中的正負(fù)離子移動(dòng)而形成

2、電流動(dòng)而形成電流CuCu12VieCu2+H+ Cl-OH- CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)n陽(yáng)極：氧化陽(yáng)極：氧化 溶解溶解nCuCu2+ + 2en陰極：還原陰極：還原 沉積沉積nCu2+ + 2e Cun電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)n在陰、陽(yáng)極表面發(fā)生得在陰、陽(yáng)極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)失電子的化學(xué)反應(yīng)CuCu12VieCu2+H+ Cl-OH- CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)溶液中的電化學(xué)反應(yīng)電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液n電解質(zhì)：電解質(zhì)：溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)n電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)電解質(zhì)+ +水，簡(jiǎn)稱電解液水，簡(jiǎn)稱電解液n電解質(zhì)電離：電解質(zhì)

3、電離：如，離子型晶體如，離子型晶體NaClNaCl Na+ + Cl- n強(qiáng)電解質(zhì)：強(qiáng)電解質(zhì)：在水中在水中100%電離電離強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、大多數(shù)鹽類強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、大多數(shù)鹽類n弱電解質(zhì)：弱電解質(zhì)：僅有一部分電離僅有一部分電離氨氨( (NH3) ) 、醋酸、醋酸( (CH3COOH) ) 電極電位電極電位圖4-3活潑金屬的雙電層圖4-4不活潑金屬的雙電層電極電位n電極電位的形成n金屬、電解質(zhì)溶液n雙電層的形成n電極電位n標(biāo)準(zhǔn)氫電極n標(biāo)準(zhǔn)電極電位：25 時(shí)，金屬與該金屬離子的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1g/l的溶液中。 （表4-1）n原電池和電解n原電池：電極電位差n電極材料相同，電解液不同（鹽橋）n電解液相同，電極

4、材料不同n電解：直流電源、電極、電解液圖4-2原電池示意圖電極電位與離子質(zhì)量份數(shù)的關(guān)系n能斯特公式nU=U0（0.059/n)lganU平衡電極電位差（V）nU0標(biāo)準(zhǔn)電極電位差（V）nN 電極反應(yīng)得失電子數(shù)na 離子的有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)n“+”號(hào)用于計(jì)算金屬； “-”號(hào)用于計(jì)算非金屬電極的極化電極的極化n兩極間無(wú)電流通過(guò)時(shí)：平衡電極電位兩極間無(wú)電流通過(guò)時(shí)：平衡電極電位n兩極間有電流通過(guò)時(shí)：兩極間有電流通過(guò)時(shí)：n陽(yáng)極：電極電位陽(yáng)極：電極電位向正移向正移n陰極：電極電位陰極：電極電位向負(fù)移向負(fù)移n極化現(xiàn)象：極化現(xiàn)象：電流密度增大時(shí)，兩極電位增電流密度增大時(shí)，兩極電位增大的現(xiàn)象大的現(xiàn)象v 超電位：超電位：

5、 極化后的電極電位與平衡電極極化后的電極電位與平衡電極電位之差電位之差n產(chǎn)生超電位的原因：產(chǎn)生超電位的原因：n濃差極化（在陽(yáng)極）濃差極化（在陽(yáng)極）n電化學(xué)極化（在陰極）電化學(xué)極化（在陰極）+V-V電位電位i陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極鈍化現(xiàn)象鈍化現(xiàn)象n成相理論成相理論n在表面形成薄膜（氧化物、氫在表面形成薄膜（氧化物、氫氧化物或鹽類）氧化物或鹽類）n吸附理論吸附理論n在表面形成氧的吸附層在表面形成氧的吸附層Ulgi活化活化電化學(xué)加工的分類電化學(xué)加工的分類 類 別 加工方法(及原理) 加 工 類 型電解加工(陽(yáng)極溶解)電解拋光(陽(yáng)極溶解)用于形狀、尺寸加工用于表面加工，去毛刺電鍍(陰極沉積)局部涂鍍(陰極沉

6、積)復(fù)合電鍍(陰極沉積)電鑄(陰極沉積)用于表面加工，裝飾用于表面加工，尺寸修復(fù)用于表面加工，磨具制造用于制造復(fù)雜形狀的電極，復(fù)制精密、復(fù)雜的花紋模具電化學(xué)加工的分類電化學(xué)加工的分類電解磨削，包括電解珩磨、電解研磨(陽(yáng)極溶解，機(jī)械刮除)電解電火花復(fù)合加工(陽(yáng)極溶解、電火花蝕除)電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加工(陽(yáng)極溶解、電火花蝕除、機(jī)械刮除)用于形狀、尺寸加工、超精、光整加工、鏡面加工用于形狀、尺寸加工用于形狀、尺寸加工，高速切斷、下料第二節(jié) 電解加工（ECM）n電解加工過(guò)程n工件：接正極，陽(yáng)極溶解n工具：接負(fù)極，陰極還原n工作液：NaCl電解液n電解加工的工藝條件n工具和工件之間保持很小的間隙0.11mm

7、n電解液從加工間隙不斷高速（6 30m/s）流過(guò)n工件陽(yáng)極和工具陰極接直流電源（10 24V)圖4-6電解加工示意圖1直流電源2工具陰極3工件陽(yáng)極4電解液泵5電解液圖4-7電解加工成形原理電解加工的特點(diǎn)n1）加工范圍廣n不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制，可以加工硬質(zhì)合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等高硬度、高強(qiáng)度及韌性金屬材料，并可加工葉片、鍛模等各種復(fù)雜型面。n2) 生產(chǎn)率高n約為電火花加工的510倍，在某些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。n3) 加工表面質(zhì)量好n可以達(dá)到較好的表面粗糙度(Ra1.250.2m)和0.1mm左右的平均加工精度。n4)

8、 無(wú)殘余應(yīng)力無(wú)變形n由于加工過(guò)程中不存在機(jī)械切削力，所以不會(huì)產(chǎn)生由切削力所引起的殘余應(yīng)力和變形，沒(méi)有飛邊毛刺。n5) 工具不損耗n加工過(guò)程中陰極工具在理論上不會(huì)耗損，可長(zhǎng)期使用。電解加工的主要缺點(diǎn)和局限性n1) 1) 不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。n2) 2) 電極工具的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩，因而很電極工具的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩，因而很難適用于單件生產(chǎn)。難適用于單件生產(chǎn)。n3) 3) 電解加工的附屬設(shè)備較多，占地面積較大，電解加工的附屬設(shè)備較多，占地面積較大，機(jī)床要有足夠的剛性和防腐性能，造價(jià)較高。機(jī)床要有足夠的剛性和防腐性能，造價(jià)較高。n4) 4) 電解

9、產(chǎn)物需進(jìn)行妥善處理，否則將污染環(huán)電解產(chǎn)物需進(jìn)行妥善處理，否則將污染環(huán)境。境。電解加工時(shí)的電極反應(yīng)n電解加工鋼：電解液，電解液，14%14%18%18%的的NaClNaCl水溶液水溶液n陽(yáng)極反應(yīng)：失去電子被氧化n可能反應(yīng)：nFe2e FeFe2e Fe+2 +2 （-0.59V-0.59V）nFe3e Fe+3 （-0.323V） n4OH-4eO2+2H2O （0.867V） n2Cl-2eCl2 （1.334V）n實(shí)際反應(yīng)：nFe2e FeFe2e Fe+2+2n化合反應(yīng)： Fe+2+2OH-Fe（OH）2 （墨綠色的絮狀物 ）n沉淀物的氧化： 4Fe（OH）2+2H2O+O24Fe（OH）

10、3 （黃褐色沉淀）電解加工時(shí)的電極反應(yīng)n陰極反應(yīng)：得到電子被還原n可能反應(yīng)：n2H+ +2e H2 （-0.42V）nNa+ +e Na (-2.69V)n實(shí)際反應(yīng)：n2H+2e H2電解加工過(guò)程中的電能利用nU=Ua+UR+UcnUc 陰極反應(yīng)壓降：電化學(xué)極化nUR 電解液電阻的壓降UR=IRnUa 陽(yáng)極反應(yīng)壓降：n陽(yáng)極極化圖4-8電解加工間隙內(nèi)的電壓分布陽(yáng)極壓降歐姆壓降陰極壓降三 電解液內(nèi)容：內(nèi)容：n電解液的作用與要求電解液的作用與要求n三種常用的電解液的特性三種常用的電解液的特性n電解液對(duì)加工過(guò)程的影響電解液對(duì)加工過(guò)程的影響n電解液的流速和流向電解液出水口的布局電解液的流速和流向電解液出

11、水口的布局電解液的作用1. 作為到電介質(zhì)傳遞電流作為到電介質(zhì)傳遞電流2. 在電場(chǎng)作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極在電場(chǎng)作用下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極溶解能順利而有控制地進(jìn)行溶解能順利而有控制地進(jìn)行3. 及時(shí)地把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及及時(shí)地把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物及熱量帶走，起到更新和冷卻作用熱量帶走，起到更新和冷卻作用電解液的要求1. 具有足夠的蝕除速度具有足夠的蝕除速度2. 具有較高的加工精度和表面質(zhì)量具有較高的加工精度和表面質(zhì)量3. 陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是陽(yáng)極反應(yīng)的最終產(chǎn)物應(yīng)是不溶性不溶性的化合物的化合物4. 希望：性能穩(wěn)定、操作安全、對(duì)設(shè)備腐蝕希望：性能穩(wěn)定、操作安全、對(duì)設(shè)備腐蝕小及價(jià)格

12、便宜等小及價(jià)格便宜等三種常用的電解液三種常用的電解液n電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液和電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液和堿性溶液。其中，堿性溶液。其中，中性的鹽溶液中性的鹽溶液應(yīng)用價(jià)應(yīng)用價(jià)普遍，原因：腐蝕性小、使用安全。普遍，原因：腐蝕性小、使用安全。n常用的電解液：常用的電解液：nNaClNaCl蝕除效率高，有雜散腐蝕蝕除效率高，有雜散腐蝕nNaNONaNO3 3鈍化型電解液鈍化型電解液nNaClONaClO3 3 鈍化型電解液鈍化型電解液常用的電解液常用的電解液NaCln強(qiáng)電解質(zhì)溶液，強(qiáng)電解質(zhì)溶液，100%溶解溶解n電流效率高，表面粗糙度好電流效率高，表面粗糙度好nClCl- -離子是活

13、性離子，不易產(chǎn)離子是活性離子，不易產(chǎn) 生鈍化現(xiàn)象，也因此雜散腐蝕大，復(fù)制精度差。生鈍化現(xiàn)象，也因此雜散腐蝕大，復(fù)制精度差。n沒(méi)有或很少有析氧反應(yīng)沒(méi)有或很少有析氧反應(yīng)n價(jià)格便宜，貨源充足價(jià)格便宜，貨源充足n通常在通常在2535下使用，加工鈦合金是須在下使用，加工鈦合金是須在4040以上以上n為降低雜散腐蝕，采用較低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為降低雜散腐蝕，采用較低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%10%圖4-10雜散腐蝕能力比較常用的電解液常用的電解液NaNO3n是鈍化型電解液，具有是鈍化型電解液，具有“切斷間隙切斷間隙”特性特性AB-AB-正常電解正常電解BC-BC-由于鈍化引起由于鈍化引起的超電位，使電的超電位，使電流急劇下降

14、流急劇下降CD-CD-鈍化膜逐漸遭鈍化膜逐漸遭到破壞到破壞DE-DE-超鈍化狀態(tài)超鈍化狀態(tài)圖4-9鋼在NaNO3電解液中的極化曲線常用的電解液常用的電解液NaNO3（續(xù)）n由于由于BCBC段的鈍化保護(hù)，阻斷了電極的段的鈍化保護(hù)，阻斷了電極的溶解，此時(shí)電流效率為溶解，此時(shí)電流效率為0 0，這種特性稱，這種特性稱為為切斷間隙特性切斷間隙特性。同時(shí)也稱這種電解。同時(shí)也稱這種電解液為液為鈍化型電解液鈍化型電解液。n切斷間隙（切斷間隙（5%5%NaNONaNO3 3時(shí)時(shí)0.780.78mmmm左右）左右）n價(jià)格適中，價(jià)格適中，NaClNaCl的一倍的一倍n加工效率較低加工效率較低n陰極有氨氣析出，會(huì)有損

15、耗。陰極有氨氣析出，會(huì)有損耗。圖4-11 NaNO3電解液的成形精度常用的電解液常用的電解液NaClO3n與與NaNONaNO3 3基本相同，都是鈍化型電解液?；鞠嗤际氢g化型電解液。n電流效率不同，比電流效率不同，比NaNONaNO3 3大大n切斷間隙大（切斷間隙大（1.251.25mmmm左右）左右）n價(jià)格比較高（價(jià)格比較高（NaNONaNO3 3的的5 5倍）倍）n強(qiáng)氧化劑，必須注意安全防火強(qiáng)氧化劑，必須注意安全防火n加工過(guò)程中，加工過(guò)程中，ClCl- -離子不斷增加，電解液有離子不斷增加，電解液有損耗，同時(shí)損耗，同時(shí)ClCl- -離子增加后雜散腐蝕增加，離子增加后雜散腐蝕增加，需要

16、注意需要注意ClCl- -離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)三種電解液的電解效率比較 NaClO3 NaCl 100% i O 三種電解液的三種電解液的 -i 曲線曲線 NaNO3 ia i”a 電解液中加添加劑n三種電解液都有各自的缺點(diǎn)，為了改善電解三種電解液都有各自的缺點(diǎn)，為了改善電解液的特性，可以在電解液中添加其它電解質(zhì)液的特性，可以在電解液中添加其它電解質(zhì)（添加劑）。如：（添加劑）。如：在在NaClNaCl中加入中加入磷酸鹽磷酸鹽可產(chǎn)生鈍化性抑制膜可產(chǎn)生鈍化性抑制膜在在NaNONaNO3 3加入少量的加入少量的NaClNaCl提高其生產(chǎn)率提高其生產(chǎn)率為提高表面質(zhì)量可加入為提高表面質(zhì)量可加入等等（

17、少量（少量NaFNaF可改善表面質(zhì)量）可改善表面質(zhì)量）電解液參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響n電解液參數(shù)電解液參數(shù)：n成份、濃度、溫度、酸度（成份、濃度、溫度、酸度（PHPH值）及粘性。值）及粘性。n濃度：濃度：NaClNaCl 1015%;1015%;NaNONaNO3 3 20%;NaClO 20%;NaClO3 3 1535% 1535%n溫度：溫度：30403040n酸度：會(huì)使金屬的溶解條件變壞酸度：會(huì)使金屬的溶解條件變壞n粘性：影響電解液的流動(dòng)粘性：影響電解液的流動(dòng)n水的分解、蒸發(fā)及電解質(zhì)的分解是影響電解質(zhì)溶水的分解、蒸發(fā)及電解質(zhì)的分解是影響電解質(zhì)溶液的濃度變化的主要原因液的濃度變化的主要原因n

18、電解質(zhì)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度的變化直接影響加電解質(zhì)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度的變化直接影響加工精度的穩(wěn)定性。工精度的穩(wěn)定性。常用電解液配方及參數(shù)表4-4電解液配方及電參數(shù)加工材料電解液配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))電壓/V電流密度/Ad各種碳鋼、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等(1)NaCl10%15%5510200(2)NaCl10%+NaNO325%(3)NaCl10%+NaNO330%101510150硬質(zhì)合金NaCl15%+NaOH15%+酒石酸20%152550100銅、黃銅、銅合金、鋁合金等NH4Cl18%或NaNO312%152510100電解液的流速和流向n電解液的流動(dòng)是把電解液的流動(dòng)是把氫氣氫氣、金屬氫化

19、物金屬氫化物等電解產(chǎn)物和等電解產(chǎn)物和加工區(qū)域的加工區(qū)域的熱量熱量帶走，因此，必須有足夠的流速。帶走，因此，必須有足夠的流速。n流向有：正向流動(dòng)、反向流動(dòng)和橫向流動(dòng)三種。流向有：正向流動(dòng)、反向流動(dòng)和橫向流動(dòng)三種。n出口處，由于有大量的氫氣及氫氧化物，表面粗糙出口處，由于有大量的氫氣及氫氧化物，表面粗糙度變差。度變差。圖4-13電解液的流向a)正向流動(dòng)b)反向流動(dòng)c)橫向流動(dòng)電解液出水口的布局n保證電解液流場(chǎng)盡量保證電解液流場(chǎng)盡量 均勻。即使不能保證均勻。即使不能保證 均勻，也必須保證沒(méi)均勻，也必須保證沒(méi) 有死角有死角。圖4-14出水口布局對(duì)流場(chǎng)的影響圖4-15流線夾角小于90時(shí)形成死水區(qū)a)、b

20、)正向流動(dòng)c)、d)反向流動(dòng)電解加工的基本規(guī)律（一）生產(chǎn)率及其影響因素1.金屬的電化學(xué)當(dāng)量2.電流密度3.電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系（二）精度成形規(guī)律1.端面平衡間隙2.法向平衡間隙3.側(cè)面間隙（三）表面質(zhì)量生產(chǎn)率及其影響因素影響生產(chǎn)率因素有：影響生產(chǎn)率因素有：1.金屬的電化學(xué)當(dāng)量金屬的電化學(xué)當(dāng)量2.電流密度電流密度3.間隙的大小間隙的大小4.另外，電解液及其它參數(shù)也有影響另外，電解液及其它參數(shù)也有影響金屬的電化學(xué)當(dāng)量與生產(chǎn)率的關(guān)系根據(jù)法拉第電解定律：根據(jù)法拉第電解定律：n質(zhì)量質(zhì)量 m = m = KItKIt = KQ = KQn體積體積 V = V = It = It = Q Q式中式中

21、m m 電解上析出或溶解物質(zhì)的質(zhì)量電解上析出或溶解物質(zhì)的質(zhì)量( (g)g)V V 電解上析出或溶解物質(zhì)的質(zhì)量電解上析出或溶解物質(zhì)的質(zhì)量( (mmmm3 3) )K K 物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量 g/(Ag/(A h)h) 物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量 mmmm3 3/(A/(A h)h)I I 電解電流電解電流( (A)A)t t 電解時(shí)間電解時(shí)間( (h)h)金屬的電化學(xué)當(dāng)量與生產(chǎn)率的關(guān)系(續(xù))v實(shí)際電解加工時(shí)，會(huì)有其它反應(yīng)發(fā)生或?qū)嶋H電解加工時(shí)，會(huì)有其它反應(yīng)發(fā)生或以高價(jià)離子溶解，從而多消耗了一些電以高價(jià)離子溶解，從而多消耗了一些電荷。所以引入電流效率荷。所以引入電

22、流效率 ：為此，實(shí)際蝕除量為：為此，實(shí)際蝕除量為：n質(zhì)量質(zhì)量 m = m = KItKItn體積體積 V = V = ItIt%100算蝕除量蝕除量理論計(jì)理論計(jì)實(shí)際金屬蝕除量實(shí)際金屬蝕除量表4-5一些常見(jiàn)金屬的電化學(xué)當(dāng)量金 屬 名 稱密度/(gc)電化學(xué)當(dāng)量K/g(Ah/m(Ah/m(Amin鐵7861042(二價(jià))1332220696(三價(jià))89148鎳8801095124207銅8931188(二價(jià))133222鈷8731099126210鉻690648(三價(jià))941560324(六價(jià))47078鋁2690335124207生產(chǎn)率計(jì)算（例題）例：某工廠用例：某工廠用NaNONaNO3 3電

23、解液加工零件，要求電解液加工零件，要求在在2020mmmm厚的低碳鋼板上加工厚的低碳鋼板上加工1010 10mm10mm方孔，方孔，限限5 5分鐘加工完，需要多大電流？若是用分鐘加工完，需要多大電流？若是用500500A A電流，需要多長(zhǎng)時(shí)間？（電流，需要多長(zhǎng)時(shí)間？（ =0.5, =0.5,中中空電極內(nèi)徑空電極內(nèi)徑 8 8mmmm）分析：分析： V = V = ItIt生產(chǎn)率計(jì)算（例題續(xù)）解：解：1.1.計(jì)算體積計(jì)算體積 V=(10V=(10 10-10-8 8 8/4)8/4) 20=994.720=994.72.2.查表碳鋼的體積電化學(xué)當(dāng)量查表碳鋼的體積電化學(xué)當(dāng)量 =133 =133 mm

24、mm3 3/(A/(A h)h)3.3.計(jì)算電流計(jì)算電流I=V/(I=V/( t)=994.7t)=994.7 60/(0.560/(0.5 133133 5)=179.55)=179.54.4.計(jì)算時(shí)間計(jì)算時(shí)間t=V/(t=V/( I)=994.7I)=994.7 60/(0.560/(0.5 133133 500)=1.8500)=1.8電流密度和生產(chǎn)率的關(guān)系n電流I=iA i為電流密度(10100A/cm2) 故 V= iAt （4-6） 又 V=Ah，va=h/t 故 va= i (4-7） n說(shuō)明蝕除速度與該處的電流密度成正比n電流密度越高，生產(chǎn)率越高，但電流密度太高：n出現(xiàn)火花放電

25、n析出氯、氧等氣體n電解液溫度升高，沸騰氣化造成局部短路電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系n電阻率與電導(dǎo)率的關(guān)系=1/ I=UR/R=URA/ （4-8） i=I/A=UR/ （4-9） 故 va= UR/ （4-10）nU=Ua+Uc+UR 且Ua+Uc約為23V UR=U-2 或 URUn U UR R=C=C va= C/ 或 va= C （4-13） 即：蝕除速度與電極間隙成反比 或：蝕除速度與電極間隙之乘積為常數(shù)經(jīng)積分推導(dǎo)：圖4-17va與間的雙曲線關(guān)系圖4-16蝕除過(guò)程示意圖1陰極工具2蝕除速度3工件精度成形規(guī)律n端面平衡間隙端面平衡間隙n法向平衡間隙法向平衡間隙n側(cè)面平衡間隙側(cè)面平衡間

26、隙n平衡間隙理論的應(yīng)用平衡間隙理論的應(yīng)用n影響加工間隙的其它因素影響加工間隙的其它因素端面平衡間隙n工件的蝕除速度Va與陰極的進(jìn)給速度Vc相等時(shí)的加工間隙將穩(wěn)定不變，稱之為端面平衡間隙b，據(jù)式（4-10）：圖4-18 加工間隙的變化過(guò)程n可見(jiàn)：陰極進(jìn)給速度越大，平衡間隙越小，兩者可互相補(bǔ)償n平衡間隙過(guò)小，將引起局部堵塞，造成火花放電或短路n合適的平衡間隙：0.250.3mm加工間隙與陰極進(jìn)給調(diào)節(jié)n加工間隙加工間隙和陰極進(jìn)給和陰極進(jìn)給距離距離L L、起始間隙、起始間隙0 0和和端面平衡間隙端面平衡間隙b b的關(guān)的關(guān)系系：圖4-20-t曲線引入兩個(gè)無(wú)因次數(shù)值：圖4-19 加工間隙的變化法向平衡間隙

27、n當(dāng)進(jìn)給面為斜面時(shí)，法向進(jìn)給速度vn=vccos，故法向平衡間隙n:圖4-21法向進(jìn)給速度及法向間隙說(shuō)明法向平衡間隙比端面平說(shuō)明法向平衡間隙比端面平衡間隙大（衡間隙大（1/cos1/cos）倍）倍側(cè)面間隙n側(cè)面間隙s:圖4-22側(cè)面間隙 h進(jìn)給深度 b端面平衡間隙說(shuō)明側(cè)面間隙說(shuō)明側(cè)面間隙s s與工具進(jìn)給深度與工具進(jìn)給深度h(hh(h= =v vc ct t) )為拋物線關(guān)系。為拋物線關(guān)系。將側(cè)面絕緣，只留一寬度為b的工作圈，則側(cè)面間隙與進(jìn)給深度無(wú)關(guān)，只取決于工作邊寬度b平衡間隙理論的應(yīng)用1. 計(jì)算加工過(guò)程中各種電極間隙，可以根據(jù)計(jì)算加工過(guò)程中各種電極間隙，可以根據(jù)電極的形狀推算加工后工件的形狀

28、和尺寸電極的形狀推算加工后工件的形狀和尺寸2. 設(shè)計(jì)和計(jì)算電極尺寸和修正量，即根據(jù)工設(shè)計(jì)和計(jì)算電極尺寸和修正量，即根據(jù)工件的形狀和尺寸計(jì)算電極的形狀和尺寸件的形狀和尺寸計(jì)算電極的形狀和尺寸3. 分析加工精度分析加工精度4. 選擇加工參數(shù)（電極間隙電源電壓進(jìn)選擇加工參數(shù)（電極間隙電源電壓進(jìn)給速度等）給速度等）圖4-23cos作圖法設(shè)計(jì)陰極影響加工間隙的其它因素n電流效率電流效率 n電極表面的鈍化和活化狀況會(huì)影響電流效率電極表面的鈍化和活化狀況會(huì)影響電流效率n電解液的溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響電流效率和電電解液的溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響電流效率和電導(dǎo)率導(dǎo)率n加工間隙內(nèi)加工間隙內(nèi)工具的形狀工具的形狀，電場(chǎng)強(qiáng)，電場(chǎng)

29、強(qiáng)度的分布將影響電流密度的均勻性度的分布將影響電流密度的均勻性n電解液的流動(dòng)方向?qū)庸ぞ燃半娊庖旱牧鲃?dòng)方向?qū)庸ぞ燃氨砻娲植诙扔斜砻娲植诙扔泻艽蠛艽蟮挠绊懙挠绊憂加工電壓的變化加工電壓的變化直接影響加工間隙的大小直接影響加工間隙的大小 b= UR/vc圖4-24尖角變圓現(xiàn)象表面質(zhì)量n表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表面物理化表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表面物理化學(xué)性質(zhì)的改變學(xué)性質(zhì)的改變n表面粗糙度表面粗糙度 Ra1.250.16 mn沒(méi)有切削力和切削熱的影響，不存在殘余應(yīng)沒(méi)有切削力和切削熱的影響，不存在殘余應(yīng)力、冷作硬化和燒傷等，不會(huì)產(chǎn)生塑性變形力、冷作硬化和燒傷等，不會(huì)產(chǎn)生塑性變形影響表面質(zhì)量的因素

30、1. 工件材料的合金成分、金相組織及熱處工件材料的合金成分、金相組織及熱處理狀態(tài)對(duì)表面粗糙度影響很大理狀態(tài)對(duì)表面粗糙度影響很大2. 工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量有很大影響工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量有很大影響電流密度、電解液流速、溫度等電流密度、電解液流速、溫度等3. 陰極表面條紋、刻痕都會(huì)相應(yīng)地伏引導(dǎo)陰極表面條紋、刻痕都會(huì)相應(yīng)地伏引導(dǎo)工件表面，要注意陰極表面的加工。工件表面，要注意陰極表面的加工。4. 陰極出液口設(shè)計(jì)和布局也極為重要，流陰極出液口設(shè)計(jì)和布局也極為重要，流場(chǎng)不均勻會(huì)引起流紋，也可能引發(fā)火花場(chǎng)不均勻會(huì)引起流紋，也可能引發(fā)火花放電，損壞電極。放電，損壞電極。提高電解加工精度的途徑n(一) 脈沖電流電解

31、加工n電解液均勻化，攪拌作用n(二) 小間隙電解加工n間隙越小，加工精度越高n(三) 改進(jìn)電解液n(四) 混氣電解加工n1) 增加了電解液的電阻率，減少了雜散腐蝕，使電解液向非線性方面轉(zhuǎn)化。n2) 降低電解液的密度和粘度，增加流速，均勻流場(chǎng)。圖4-26混氣電解加工效果對(duì)比a)不混氣b)混氣圖4-27混氣電解加工示意圖1工件2陰極工具3擴(kuò)散部4混合部5引導(dǎo)部電解加工的基本設(shè)備n(一) 直流電源n(二) 機(jī)床n(三) 電解液系統(tǒng)電解加工的基本設(shè)備-電解電源電解電源n直流電源（電解電源）直流電源（電解電源）n功率大，電流大，電壓低（功率大，電流大，電壓低（2020V V）n要求其穩(wěn)定性好，電壓可調(diào)要

32、求其穩(wěn)定性好，電壓可調(diào)n微細(xì)加工時(shí)需要微細(xì)加工時(shí)需要n脈沖電源脈沖電源n微能電源微能電源n應(yīng)該具有檢測(cè)功能應(yīng)該具有檢測(cè)功能電解加工的基本設(shè)備-機(jī)床n機(jī)床機(jī)床n足夠的剛性足夠的剛性 電解液的壓力很大，對(duì)主軸、工作臺(tái)的作用力很大n進(jìn)給速度穩(wěn)定進(jìn)給速度穩(wěn)定n要有防腐絕緣要有防腐絕緣n安全措施安全措施電解加工的基本設(shè)備-電解液系統(tǒng)n電解液系統(tǒng)是不可缺少的，主要由泵、電解液電解液系統(tǒng)是不可缺少的，主要由泵、電解液槽、過(guò)濾裝置、管道和閥等組成槽、過(guò)濾裝置、管道和閥等組成。圖4-29電解液系統(tǒng)示意圖1電解液槽2過(guò)濾網(wǎng)3管道4泵用電動(dòng)機(jī)5離心泵6加工區(qū)7過(guò)濾器8安全閥9壓力表10閥門電解加工工藝及其應(yīng)用1.1

33、.深孔擴(kuò)孔加工深孔擴(kuò)孔加工2.2.型孔加工型孔加工3.3.型腔加工型腔加工4.4.套料加工套料加工5.5.葉片加工葉片加工6.6.電解倒棱去毛刺電解倒棱去毛刺7.7.電解刻字電解刻字8.8.電解拋光電解拋光9.9.數(shù)控展成電解加工數(shù)控展成電解加工1.1.深孔加工深孔加工n難加工材料如高溫耐熱、難加工材料如高溫耐熱、高強(qiáng)度鎳基合金、鈷基高強(qiáng)度鎳基合金、鈷基合金上深孔、彎曲小孔、合金上深孔、彎曲小孔、截面變化的竹節(jié)孔截面變化的竹節(jié)孔n加工深小孔有兩種方法加工深小孔有兩種方法: :n普通電解加工n電液束加工: 用0.025 to 0.05 mm 的玻璃噴嘴。深孔擴(kuò)孔加工深孔擴(kuò)孔加工n深徑比大于深徑比

34、大于5 5的深孔，的深孔，用傳統(tǒng)切削加工方法用傳統(tǒng)切削加工方法加工，刀具磨損嚴(yán)重，加工，刀具磨損嚴(yán)重，表面質(zhì)量差，加工效表面質(zhì)量差，加工效率低。率低。n目前采用電解加工方目前采用電解加工方法加工法加工4 42000mm2000mm、1001008000mm8000mm的深的深孔，加工精度高，表孔，加工精度高，表面粗糙度低，生產(chǎn)率面粗糙度低，生產(chǎn)率高。高。n電解加工深孔，按工電解加工深孔，按工具陰極的運(yùn)動(dòng)方式可具陰極的運(yùn)動(dòng)方式可分為固定式和移動(dòng)式分為固定式和移動(dòng)式兩種。兩種。圖4-31移動(dòng)式陰極深孔擴(kuò)孔示意圖圖4-32深孔擴(kuò)孔用的移動(dòng)式陰極1后引導(dǎo)2陰極錐體3出水孔4前引導(dǎo)5密封圈6接頭及入水孔

35、圖4-30固定式陰極深孔擴(kuò)孔原理圖1電解液入口2絕緣定位套3工件4工具陰極5密封墊6電解液出口2.2.型孔加工型孔加工n對(duì)一些形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、六方、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔，機(jī)械加工很困難，可采用電解加工。n槍炮管內(nèi)表面膛線n噴油嘴內(nèi)圓弧槽的加工圖4-34 噴油嘴內(nèi)圓弧槽的加工圖4-33 端面進(jìn)給式型孔加工3.3.型腔加工型腔加工n鍛模屬型腔模，形狀復(fù)雜，硬度、表面質(zhì)量要求高，但精度中等，棱邊銳度不高，適合電解加工n其他型腔模：玻璃模、壓鑄模、冷鐓模、橡膠模、注塑模圖4-35增液孔的設(shè)置4.4.套料加工套料加工n用套料加工法可以加工：n等截面的大面積異型孔n等截面薄型零件圖4-

36、37套料陰極工具圖4-36異形零件5.5.葉片加工葉片加工n航天發(fā)電機(jī)的整體渦輪轉(zhuǎn)子n汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子圖4-38電解加工整體葉輪6.6.電解倒棱去毛刺電解倒棱去毛刺圖4-39齒輪的電解去毛刺7.7.電解刻字電解刻字圖4-40電解刻字示意圖第三節(jié) 電解磨削 屬于電化學(xué)機(jī)械加工的范疇，電屬于電化學(xué)機(jī)械加工的范疇，電解作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合的一種解作用和機(jī)械磨削作用相結(jié)合的一種加工方法。加工方法。電解磨削的基本原理圖4-42電解磨削加工過(guò)程原理圖1磨粒2結(jié)合劑3工件4陽(yáng)極薄膜5電極間隙及電解液圖4-41電解磨削原理圖1導(dǎo)電砂輪2電解液3工件電解磨削的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :n加工范圍廣加工范圍廣, ,加工效

37、率高（加工效率高（35倍倍）n可以提高加工精度及表面質(zhì)量可以提高加工精度及表面質(zhì)量n砂輪的磨損量小砂輪的磨損量小n缺點(diǎn)缺點(diǎn): :n刀具的刃口不易磨得非常鋒利；刀具的刃口不易磨得非常鋒利；n設(shè)備需要防蝕防銹處理；設(shè)備需要防蝕防銹處理；n需要吸氣和排氣裝置；需要吸氣和排氣裝置；n需要電解電源、電解液及循環(huán)裝置。需要電解電源、電解液及循環(huán)裝置。影響電解磨削生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素1 1 影響電解磨削影響電解磨削生產(chǎn)率生產(chǎn)率的因素的因素2 2 影響電解磨削影響電解磨削加工精度加工精度的因素的因素3 3 影響電解磨削影響電解磨削表面粗糙度表面粗糙度的因素的因素1 影響電解磨削生產(chǎn)率的因素1)1)電化學(xué)當(dāng)量

38、電化學(xué)當(dāng)量2)2)電流密度電流密度3)3)磨輪與工件的導(dǎo)電面積磨輪與工件的導(dǎo)電面積V V = = iAt圖4-43中極法電解磨削1普通砂輪 2工件 3電解液噴嘴 4鈍化膜(陽(yáng)極薄膜) 5中間電極2 影響電解磨削加工精度的因素1)1)電解液電解液 影響鈍化膜的性質(zhì)。影響鈍化膜的性質(zhì)。n希望得到結(jié)構(gòu)緊密、均勻、保護(hù)性能良希望得到結(jié)構(gòu)緊密、均勻、保護(hù)性能良好的低價(jià)氧化物好的低價(jià)氧化物2)2)陰極導(dǎo)電面積和磨粒軌跡陰極導(dǎo)電面積和磨粒軌跡( (平面磨削平面磨削) )3)3)被加工材料的性質(zhì)被加工材料的性質(zhì)4)4)機(jī)械因素機(jī)械因素（機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度（機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度/ /夾具精度夾具精度/ /磨輪磨輪精度精度）3

39、 影響電解磨削表面粗糙度的因素1)1)電參數(shù)電參數(shù)n電流密度過(guò)高電流密度過(guò)高, ,電解作用過(guò)強(qiáng)電解作用過(guò)強(qiáng), ,表面粗糙度不好表面粗糙度不好n電流密度過(guò)低電流密度過(guò)低, ,機(jī)械作用過(guò)強(qiáng)機(jī)械作用過(guò)強(qiáng), ,破壞表面。破壞表面。2)2)電解液電解液n影響鈍化膜的性質(zhì)和厚度影響鈍化膜的性質(zhì)和厚度3)3)被加工材料的性質(zhì)被加工材料的性質(zhì)4)4)機(jī)械因素機(jī)械因素n磨粒的粒度；磨削的壓力磨粒的粒度；磨削的壓力V V = = iAt三 電解磨削的應(yīng)用1.1.硬質(zhì)合金道具的電解磨削硬質(zhì)合金道具的電解磨削2.2.硬質(zhì)合金軋輥的電解磨削硬質(zhì)合金軋輥的電解磨削3.3.電解珩磨電解珩磨4.4.電解研磨電解研磨圖4-45

40、電解珩磨簡(jiǎn)圖1工件2珩磨頭3磨條圖4-47電解研磨加工1回轉(zhuǎn)裝置 2工件 3電解液 4研磨材料2工具電極6主軸 圖4-48加工方式、磨料粒度與表面粗糙度的關(guān)系機(jī)械拋光精密研磨電解研磨第四節(jié) 電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工 電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工在電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工在原理和原理和本質(zhì)本質(zhì)上都是屬于上都是屬于電鍍工藝電鍍工藝的范疇。的范疇。 利用電鍍業(yè)中的利用電鍍業(yè)中的金屬正離子在電場(chǎng)金屬正離子在電場(chǎng)的作用下，鍍覆沉積到陰極表面的過(guò)程的作用下，鍍覆沉積到陰極表面的過(guò)程。電鍍、電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工的不同n電鍍電鍍n用于表面裝飾、防銹，鍍層用于表面裝飾、防銹，鍍層150m，無(wú)精度要求無(wú)精度要求n電鑄電鑄n復(fù)制、成型加工；鍍層復(fù)制、成型加工；鍍層50 m以上，有精度要求以上，有精度要求n涂鍍涂鍍n增加尺寸、改善表面性能；鍍層增加尺寸、改善表面性能；