電化學(xué)加工論文

1、本科課程論文題 目 電化學(xué)加工 學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年 級 xxxx 學(xué) 號 姓 名 xxx 指 導(dǎo) 教 師 xx 成 績 2014年 12 月 22 日 目 錄1 前言32 電化學(xué)加工的特點43 電化學(xué)加工設(shè)備53.1 電化學(xué)加工設(shè)備簡史53.2 電化學(xué)加工的工藝設(shè)備53.3 電化學(xué)加工設(shè)備的應(yīng)用54 電化學(xué)加工技術(shù)64.1 微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)64.2 電化學(xué)去毛刺74.2.1電化學(xué)去毛刺的意義74.2.1電化學(xué)去毛刺的工作原理74.3 其他電化學(xué)加工技術(shù)84.3.1電解拋光84.3.2電鍍84.3.3電刻蝕85 總結(jié)9參考文獻(xiàn)9 電化學(xué)加工xxx指導(dǎo)老師

2、xx西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院xxxx級機(jī)械設(shè)計制造及其自動x班 摘要：本文利用電化學(xué)進(jìn)行加工的各種方法的研究。電化學(xué)加工是通過化學(xué)反應(yīng)去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的特種加工。近幾十年來，借助高新科學(xué)技術(shù)，在精密電鑄、復(fù)合電解加工、電化學(xué)微細(xì)加工等發(fā)展較快。目前電化學(xué)加工已成為一種不可缺少的微細(xì)加工方法。關(guān)鍵詞：電化學(xué)加工 加工設(shè)備 微細(xì)加工 去毛刺 1 前言中國在20世紀(jì)50年代就開始應(yīng)用電解加工方法對炮膛進(jìn)行加工，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的葉片，筒形零件、花鍵孔、內(nèi)齒輪、模具、閥片等異形零件的加工。近年來出現(xiàn)的重復(fù)加工精度較高的一些電解液以及混氣電解加工工藝,大大提高了電解加工的成型精度,

3、簡化了工具陰極的設(shè)計，促進(jìn)了電解加工工藝的進(jìn)一步發(fā)展。利用電化學(xué)反應(yīng)對金屬材料進(jìn)行加工的方法。與機(jī)械加工相比，電化學(xué)加工不受材料硬度、韌性的限制，已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。常用的電化學(xué)加工有電解加工、電磨削、電化學(xué)拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。電化學(xué)加工的基本原理是用兩片金屬作為電電極，通電并浸入電解溶液中，形成通路。導(dǎo)線和溶液中均有電流通過。但是金屬導(dǎo)線和電解溶液是兩類性質(zhì)不同的導(dǎo)體，前者是靠自由電子在外電場大的作用下沿一定方向移動導(dǎo)電的：后者是靠溶液中正、負(fù)離子移動而導(dǎo)電的，是離子導(dǎo)體。當(dāng)上述兩類導(dǎo)體形成通路時，在金屬片和溶液的界面上產(chǎn)生交換電子的反應(yīng)，機(jī)電化學(xué)反應(yīng)。2 電化學(xué)加工的特點電化

4、學(xué)反映具有很高的反應(yīng)速度，反應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的制造工藝,其電流密度達(dá)到10500安/厘米；兩電極的距離很小，約為0.11毫米，且陰極對陽極被加工工件作相對運動；電解液在電極間隙高速通過,具有高液壓、高流速，帶走反應(yīng)中產(chǎn)生的大量金屬溶解產(chǎn)物和氣體以及熱量。其流體動力學(xué)狀態(tài)至為復(fù)雜。 電解加工工藝與一般的機(jī)制工藝相比較，具有以下特點： 能同時進(jìn)行三維的加工，一次加工出形狀復(fù)雜的型面、型腔、異形孔；由于加工中工件與刀具（陰極）不接觸,不會產(chǎn)生切削力和切削熱,不生成毛刺；與材料的機(jī)械性能(如硬度、韌性、強(qiáng)度)無關(guān)，因此可加工一般機(jī)制工藝難以加工的高硬度、高韌性、高強(qiáng)度材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、耐熱合

5、金、鈦合金，但與材料的電化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、金相組織密切有關(guān)。13 電化學(xué)加工設(shè)備3.1 電化學(xué)加工設(shè)備簡史 1958年美國阿諾卡特公司首先研制出世界第一臺電解加工機(jī)床，用于葉片加工。此后，日本和西方各國相繼研究和生產(chǎn)了多種電解加工機(jī)床，使這一工藝得到日益廣泛的應(yīng)用。中國電解加工工藝始于60年代初，首先用于航空工業(yè)中加工葉片，兵器工業(yè)加工大炮膛線，后來推廣到其他民用工業(yè)，如汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)加工鍛模，汽輪機(jī)制造業(yè)加工整體葉輪，還用于花鍵、異形孔的加工。23.2 電化學(xué)加工的工藝設(shè)備工件和陰極分別接在直流電源的正負(fù)極。電解液由液泵經(jīng)管路高速通過工件和陰極之間狹小的間隙。通電后工件發(fā)生電化學(xué)陽極溶

6、解，當(dāng)陽極均勻進(jìn)給時，工件就可按照陰極的形狀不斷溶解，形成和陰極相反的型面和型腔。由此可見，電解加工的工藝設(shè)備包括三部分：電解加工機(jī)床、直流電源、電解液系統(tǒng)。對于電解加工機(jī)床的基本要求是進(jìn)給速度均勻穩(wěn)定、足夠的剛性和必要的抗蝕性、排氣措施。對于直流電源的要求是：高的穩(wěn)壓精度和迅速、可靠的短路保護(hù)裝置。這是因為電解加工時電流很大，電極間隙小，為了保證加工精度和避免燒損短路，應(yīng)該重視上述兩項指標(biāo)。對于電解液系統(tǒng)則要求供液穩(wěn)定，并具有處理電解產(chǎn)物的能力。33.3 電化學(xué)加工設(shè)備的應(yīng)用以電化學(xué)去毛刺加工為例介紹。電化學(xué)去毛刺設(shè)備，屬于利用電化學(xué)原理去除工件多余金屬的電化學(xué)加工設(shè)備，配備不同的電極夾具可

7、去除氣動、液動閥、泵體、轉(zhuǎn)子、齒輪及零件內(nèi)部交叉孔、窄縫、窄槽等整個金屬機(jī)械零件因金屬切削加工而產(chǎn)生的毛刺，并將去毛刺棱邊光整、精修加工為光滑圓弧，也可用于油泵、油嘴等零件盛油槽及直槽的成型加工以及軸類內(nèi)腔的擴(kuò)孔與拋光等。更可用于熱處理后大批量精加工，使用非線性電解液對設(shè)備和人身無害。毛刺是金屬切削加工的必然產(chǎn)物，難以完全避免。毛刺的存在，不僅影響產(chǎn)品的外觀，而且影響產(chǎn)品的裝配、使用性能和壽命。隨著高科技的發(fā)展、產(chǎn)品性能的提高，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格，去除機(jī)械零件的毛刺就愈加重要。屬材料向高強(qiáng)、高硬、高韌方向的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品中復(fù)雜整體構(gòu)件日益增多，去毛刺的難度也隨之增大，傳統(tǒng)的手工去毛刺作

8、業(yè)很難滿足上述發(fā)展對去毛刺的要求，各種機(jī)械化、自動化去毛刺新技術(shù)、新工藝應(yīng)運而生。電化學(xué)去毛刺是一種先進(jìn)的去毛刺技術(shù)，是電化學(xué)加工（電解加工）技術(shù)中發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一項新工藝。4作為電化學(xué)加工一種特殊的應(yīng)用形式，它對加工工件無機(jī)械作用力，容易實現(xiàn)自動化或半自動化，適合去除高硬度、高韌性金屬零件的毛刺，可以在工件的特定部位進(jìn)行限定加工。電化學(xué)去毛刺設(shè)備己有系列化產(chǎn)品，在汽車發(fā)動機(jī)、通用工程機(jī)械、航空航天、氣動液壓等眾多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，是電化學(xué)加工機(jī)床中生產(chǎn)批量較大，應(yīng)用領(lǐng)域較廣的重要裝備。4 電化學(xué)加工技術(shù)4.1 微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)微細(xì)加工在許多工業(yè)領(lǐng)域中有著重要而廣闊的應(yīng)用前景，是當(dāng)今最

9、為活躍的研究領(lǐng)域之一。微細(xì)加工技術(shù)源于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，但發(fā)展至今其內(nèi)涵已經(jīng)大大拓寬，不局限于IC工藝中的硅片刻蝕技術(shù)，LIGA、LIGALIKE、微細(xì)電加工、微細(xì)束流加工及微細(xì)切削等多種加工技術(shù)已經(jīng)成為微細(xì)加工技術(shù)中的重要組成部分。南京航夸航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院的朱荻，王明環(huán)，明平美，張朝陽開展了微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)的試驗研究工作，內(nèi)容包括微細(xì)電鑄和微細(xì)電解加工。討論了微細(xì)電化學(xué)加工的工藝特點和主要技術(shù)步驟。針對若干典型微結(jié)構(gòu)，提出了相應(yīng)的微細(xì)電化學(xué)加工方法和技術(shù)方案。他們從微細(xì)電鑄和微細(xì)電解加工兩個方面研究了微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)。首先是微細(xì)電鑄。電鑄是LIGA技術(shù)中一個重要的不可替代的組成部分

10、。朱荻等幾位專家采取與LIGA技術(shù)類似的過程，進(jìn)行了微小零件制造的研究。主要工藝步驟包括采用不銹鋼片作為基底材料，在其上均勻涂覆感光膠，然后進(jìn)行曝光和蝕刻等步驟，在金屬基底上形成帶有特定圖案的感光膠層。將帶有圖案膠層的金屬模版放人電鑄槽內(nèi)進(jìn)行電沉積，金屬離子在模版上襯底材料裸露處沉積，直至將其填滿；然后將金屬沉積物和感光膠層分離，得到的金屬結(jié)構(gòu)就是所需的微細(xì)零件。采用該方法制備的微型銅齒輪在微細(xì)電鑄過程中，同時采用了高頻脈沖電流和高速沖液的方法，使電沉積在電化學(xué)極化度較高的情況下進(jìn)行，從而細(xì)化了晶粒，獲得了致密的金屬沉積。另外，還試驗了壓力正負(fù)交變等措施，利用較強(qiáng)的壓力擾動，及時排除陰極上的吸

11、附氣泡，消除了陰極吸附氣泡造成的針孔和麻點等問題。在微細(xì)電解加工方面，在脈沖電解加工的基礎(chǔ)上，采取工具往復(fù)運動方式，在加工周期中，先施加一個對刀電壓，工具電極進(jìn)給至工件陽極，進(jìn)行零位對刀；然后工具電極回退，使間隙至所需要的數(shù)值，施加相對較高的加工電壓進(jìn)行加工；加工后切斷加工電壓，工具電極回退到較大間隙，進(jìn)行充分的電解液沖刷以排出加工產(chǎn)物，同時采用超短脈寬脈沖電流，以提高加工的定域性，利于微細(xì)加工，并將超短脈沖電流、低濃度電解液及加工間隙的實時檢測和調(diào)整等技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)微米級精度的加工。4.2 電化學(xué)去毛刺4.2.1電化學(xué)去毛刺的意義電化學(xué)去毛刺是一種先進(jìn)的去毛刺技術(shù)，是電化學(xué)加工技術(shù)中發(fā)展較快

12、、應(yīng)用較廣的一項新工藝。作為電化學(xué)加工一種特殊的應(yīng)用形式，它對加工工件無機(jī)械作用力，容易實現(xiàn)自動化或半自動化，適合去除高硬度、高韌性金屬零件的毛刺，可以在工件的特定部位進(jìn)行限定加工。對于手工難以處理、可達(dá)性差的復(fù)雜內(nèi)腔部位，尤其是交叉孔相貫線的毛刺，利用電化學(xué)去毛刺有著明顯的優(yōu)勢。電化學(xué)去毛刺對加工棱邊可取得較高的邊緣均一性和良好的表面質(zhì)量，具有去除毛刺效果好、安全可靠、高效等優(yōu)點，一般情況和傳統(tǒng)工藝相比，效率可提高10倍以上。所以為了獲得高質(zhì)量的齒輪，應(yīng)用電化學(xué)光整加工工藝對齒輪齒面進(jìn)行光整加工去除毛刺的基礎(chǔ)研究,對于提高我國機(jī)械制造業(yè)在國際上的競爭力,促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,有著重要的意義。5

13、4.2.1電化學(xué)去毛刺的工作原理零件與直流電源的正極相連,稱為陽極,而由黃銅制作的管狀工具與電源負(fù)極相連,稱為陰極,其外表面涂絕緣層, 兩極之間保持一定的間隙讓循環(huán)的電解液從間隙中通過。當(dāng)陽極和陰極浸入溶液并通入直流電后,在直流電場作用下,隨著陽極的溶解,在工件表面上形成一層電阻較大而電導(dǎo)率較小的粘性液膜,亦稱鈍化膜, 覆蓋在工件表面的低凹處,使該處的工件表面不受或少受電化學(xué)溶解腐蝕,而銳邊毛刺部位由于突出在工件表面,受電場、溫度場及流場作用的影響,加速了離子的擴(kuò)散與遷移過程,此處難以形成鈍化膜,且突出的毛刺部位的電流密度很大,毛刺很快被溶解,迅速形成圓角, 調(diào)整加工時間可控制圓角 R 小于四

14、分之一。4.3 其他電化學(xué)加工技術(shù)4.3.1電解拋光電解拋光是以被拋工件為陽極，不溶性金屬為陰極，兩極同時浸入到電解槽中，通以直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽極溶解，從而達(dá)到工件表面光亮度增大的效果。電解拋光比機(jī)械拋光效率高，精度高，且不受材料的硬度和韌性的影響，有逐漸取代機(jī)械拋光的趨勢。6電解拋光的基本原理與電解加工相同，但電解拋光的陰極是固定的,極間距離大,去除金屬量少。電解拋光時，要控制適當(dāng)?shù)碾娏髅芏取ｋ娏髅芏冗^小時金屬表面會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，且生產(chǎn)效率低；當(dāng)電流密度過大時，會發(fā)生氫氧根離子或含氧的陰離子的放電現(xiàn)象，且有氣態(tài)氧析出，從而降低了電流效率。4.3.2電鍍電鍍是用電解的方法將金屬沉積于導(dǎo)體

15、(如金屬)或非導(dǎo)體(如塑料、陶瓷、玻璃鋼等)表面，從而提高其耐磨性,增加其導(dǎo)電性,并使其具有防腐蝕和裝飾功能。對于非導(dǎo)體制品的表面，需經(jīng)過適當(dāng)?shù)靥幚?，使其形成?dǎo)電層后,才能進(jìn)行電鍍。電鍍時,將被鍍的制品接在陰極上，要鍍的金屬接在陽極上。電解液是用含有與陽極金屬相同離子的溶液。通電后，陽極逐漸溶解成金屬正離子，溶液中有相等數(shù)目的金屬離子在陰極上獲得電子隨即在被鍍制品的表面上析出，形成金屬鍍層。例如在銅板上鍍鎳，以含硫酸鎳的水溶液作電鍍液。通電后，陽極上的鎳逐漸溶解成正離子，而在陰極的銅板表面上不斷有鎳析出。4.3.3電刻蝕 電刻蝕又稱電解刻蝕。應(yīng)用電化學(xué)陽極溶解的原理在金屬表面蝕刻出所需的圖形或

16、文字。其基本加工原理與電解加工相同。由于電刻蝕所去除的金屬量較少，因而無需用高速流動的電解液來沖走由工件上溶解出的產(chǎn)物。加工時,陰極固定不動。5 總結(jié)近階段,電解加工的研究重點及應(yīng)用領(lǐng)域主要會集中在以下幾個方向:(1)電化學(xué)微精加工的深入研究電化學(xué)加工技術(shù)具有加工機(jī)理的獨特優(yōu)勢以及在微精甚至在納米加工領(lǐng)域進(jìn)一步研究探索的空間,但還必須在自身工藝規(guī)律認(rèn)識和完善的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。具體應(yīng)關(guān)注: 進(jìn)一步完善硬件系統(tǒng),如微進(jìn)給系統(tǒng)及微控工作臺的性能及可靠性的提升;加工過程自動檢測與適應(yīng)控制研發(fā)的深化; 微精加工機(jī)理的研究，尤其是中、高頻率脈沖電流條件下,微精加工電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)動力學(xué)等方面的深入研究。(2)脈沖電源的深化研發(fā)微秒級脈沖電源的工程化完善以及在工業(yè)領(lǐng)域的大力推廣應(yīng)用。納秒級脈沖電源、群脈沖電源、逆變式脈沖電源的性能完善。(3)理論成果向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。諸如加工間隙的檢測與控制、陰極數(shù)字化設(shè)計、電解加工過程的模擬與仿真等均是電化學(xué)加工的關(guān)鍵技術(shù),不能僅僅在各種基金支持下獲得理論成果即束之高閣,而應(yīng)盡快由實驗