電解加工的理論及應(yīng)用

1、第四章 電解加工的理論及應(yīng)用 電火花加工存在的問題： 生產(chǎn)率低 電極損耗 表面粗糙度大 熱應(yīng)力、表面變質(zhì)層 電熱物理蝕除：熔化、氣化、破碎 尋求更高、更精的加工方法 電解加工誕生 電解加工： 生產(chǎn)率高 表面粗糙度小 電極不損耗 無應(yīng)力 電化學(xué)蝕除：溶解 1834年法拉第電解定律 1951年蘇聯(lián)發(fā)表了電解加工 20世紀(jì)50年代末，英國展出了電解加工機(jī)床 1958年大躍進(jìn)，我國開始搞 847廠（西安昆侖機(jī)械廠），葉片，火炮膛線 1992年蘇聯(lián)還用電火花加工葉片，一個(gè)需一個(gè) 月加工時(shí)間， 北京用電解方法加工渦輪葉片 電化學(xué)加工： 陽極溶解： 電解加工、電解磨削、電化學(xué)拋光、電解珩 磨、電解研磨 陰極

2、沉積： 電鑄、電鍍、電刷鍍（涂鍍） 電解加工： 是利用電化學(xué)的陽極溶解來將工件加工成形 的。 電解加工的理論基礎(chǔ) 電解加工諸要素及相互關(guān)系 電解加工的理論基礎(chǔ) 電解加工間隙中的電化學(xué)陽極溶解理論 電解加工間隙中的電場理論 電解加工間隙中的流場理論 電解加工間隙中的電場特性理論 分析電解加工間隙電場中的電位、電流分布及其對電解加工成型規(guī)律的影響 電場分為三種： 靜電場 導(dǎo)電媒質(zhì)中的電場 有電流通過的導(dǎo)電媒質(zhì)周圍介質(zhì)中的電場。 一、導(dǎo)電媒質(zhì)中的電場 導(dǎo)電媒質(zhì)的主要特征是媒質(zhì)的電導(dǎo)率0， 某媒質(zhì)內(nèi)有電場存在時(shí)，就有電流流動(dòng)，電流場的分 布特征用電流密度i來表示。 i與電場強(qiáng)度E的關(guān)系為 電流總是由高

3、電位流向低電位方向的 用電流線和等位面對導(dǎo)電媒質(zhì)中的電場進(jìn)行直觀的幾 何描述。 電場中各點(diǎn)的電流線總是與通過該點(diǎn)的等位面正交， 而電力線正向指向電位降低的方向。 iE 電解加工間隙中的電場分布 間隙中充滿高速流動(dòng)的電解液， 在電場作用下 電解液中正離子工具陰極 負(fù)離子工件陽極 工件陽極工具陰極的正向電流 構(gòu)成了電流場。 電解加工過程進(jìn)入平衡加工狀態(tài) 電場參數(shù)均不隨時(shí)間變化，只是位置的函數(shù)， 間隙電場屬于穩(wěn)恒電流場，而且是無源的穩(wěn)恒電流場； 電位分布符合拉普拉斯方程 0 2 222 222 0 xyz 邊界條件 邊界條件： 將電極與電解液接觸界面上的電位分布(大 部分為極化電位)歸結(jié)為陰、陽極極

4、化電位總 和(通常又簡化為一常量即分解電壓)； 將陰極、陽極表面各視為不同電位的等位面。 即陽極面上 陰極面上 陽極加工面電解去除速度 陽極加工面電解去除速度與陰極垂直送進(jìn)速度 的關(guān)系為： a U 0 c a i cos a 邊界條件 為陽極某處電解面的法向與陰極送進(jìn)速度的夾角； 沿陽極表面各處法向的電位變化率為： 000 | a i 000a i i n 00 cos i n 電解加工間隙中電位分布的數(shù)學(xué)模型方程 組 陽極表面邊界條件： 陰極表面邊界條件： 222 222 0 xyz 00 cos a U i n 0 c 電場中各點(diǎn)的電位，一般地=(x、y、z)； U陽極表面電位值； n陽極

5、表面各處的法向坐標(biāo)； 陰極送進(jìn)速度與陽極表面法向之間的夾角； 電流效率，一般地=(i)； 0=0處的； i電流密度，一般認(rèn)為，間隙中沿陽極表面同一法線上各點(diǎn)的i相同，故 可寫作i=i() i0=0處陽極表面法向上的電流密度； 電解液的導(dǎo)電率，一般地，受電解液濃度、溫度和電解液中含氣率的 影響，=() 電解加工間隙中的電場分布 基于電場分布的電解加工成型規(guī)律的研 究 根據(jù)所要電解加工的零件圖而設(shè)計(jì)工具陰極； 根據(jù)工具陰極的幾何形狀預(yù)測被加工工件陽極的形狀 成型規(guī)律，即加工間隙的時(shí)、空分布受多種因素的影響 簡化電場、近似處理的成型規(guī)律 一、簡化電場、近似處理的成型規(guī)律的 研究 (1)沿電流線方向，

6、電位梯度不變；換言之，在同一電 流線上，有相同的電場強(qiáng)度。 (2)從陽極等位面(a=U)開始，到陰極等位面(c=0) 止，電位逐漸減小，等位面與電流線正交，電流線 由陽極指向陰極。 (3)取電流效率為常數(shù)(對NaCl電解液在任何電流密度 條件下可取為常數(shù)；對NaNO3電解液在高于一定的 電流密度條件下可近似為常數(shù))；在同一電流線上取 電解液導(dǎo)電率相同。 簡化電場、近似處理的成型規(guī)律的研究 在同一電流線上，電流密度相同； 約定加工處于平衡狀態(tài)，且電解加工間隙很小(0.11mm)， 在工件被加工表面法向與工具陰極表面法向間夾角不大的情況下，近似認(rèn) 為電流線同時(shí)垂直工件及陰極表面，取電力線的直線長度

7、替代實(shí)際呈弧線 形狀的電力線。 求解電解加工之間隙長度問題就轉(zhuǎn)化為求解相應(yīng)處電力 線長度的問題，可采用歐姆定律建立起近似(即直線)電流 線長度與加工電壓的關(guān)系； 基于法拉第電解定律導(dǎo)出陽極表面電解速度的大小以及最終陰、陽極型面 相互之間的幾何關(guān)系。 成型規(guī)律的方程組 在加工平衡狀態(tài)： R R a UUE U i i coscos R b bR U U 成型規(guī)律的方程組 E電解加工的陰、陽極電極電位值總和； U間隙電解液中的電壓降(V)； i電流密度(Acm2)； 電解液導(dǎo)電率1cm)； 電解加工間隙（ccm）； 陰極送進(jìn)速度與工件陽極表面法向之問的夾角； 對應(yīng)處的法向平衡加工間隙（cm）； b

8、對應(yīng)處的平衡加工間隙，通常又稱端面平衡間隙(cm)； a陽極被加工表面的法向腐蝕速度，通常簡稱為工件加工速度 (cms)； 工具陰極送進(jìn)速度(cms)； 電流效率 體積電化當(dāng)量(crn3As)。 基于簡化電場的成型規(guī)律描述cos 加工間隙和電流線的瞬時(shí)變化示意 圖 令陽極Sa點(diǎn)處的l (t, Sa)=0， 則陰極型面Sc點(diǎn)處l (t, Sc)= l； 設(shè)Sa點(diǎn)處電解 速度有(t, Sa) 且沿型面法向指向型面內(nèi)。 工具陰極以v速度向 工件陽極送進(jìn)， 在t時(shí)刻加工間隙中 電流線分布如圖所 示。 電流線由陽極型面Sa點(diǎn) 自法向出發(fā)，到工具陰 極型面Sc點(diǎn)(法向)終止， 設(shè)電流線為l， 電流線不僅有

9、長度，而且還具有空間方位，故采用矢量l表示。 電流線在t時(shí)刻變化的微分方程 d ldt=a(t,Sa) d l =a(t,Sa) dt 取電流線l作為加工間隙，則有： ddt=a(t,Sa) d =a(t,Sa) dt 揭示了由于工具陰極相對工件陽極的送進(jìn)速度不同，則 引起電場分布，或者說加工間隙分布隨時(shí)間、空間的變 化而變化; 如果a(t,Sa)=，則顯見，進(jìn)入加工平衡狀態(tài)，電 場 分布、間隙分布均進(jìn)入穩(wěn)恒狀態(tài)，不再隨時(shí)間而變化。 微分方程在a方向上投影的標(biāo)量形式 取上述矢量在方向、即陽極型面法向上的投影 上列方程表明，在不同處，電流線、加工間隙的變 化 率不同。 模擬加工過程能否收斂到平衡

10、加工狀態(tài)的問題，有限 元 法在網(wǎng)格劃分和邊界條件處理 /( ,)cos ( ,)cos a a dl dtt Sa dlt Sadt /( ,)cos ( ,)cos a a ddtt Sa dt Sadt 三、基于實(shí)際電場分布的陰極設(shè)計(jì)方法 電位分布方程組 陽極邊界上： 泛函為極小 22 22 0 xy 1a U 0 cos i n 2 2 0 1 ( )2cos 2 i Idxdyds xy 電解加工間隙中的流場特性 流場影響電場，電場也影響流場，流場電場的分 布又都直接影響電化學(xué)溶解速度場，并由此影響 電解加工間隙的分布。 研究電解加工間隙中的流場特性，是研究電解加 工成型規(guī)律的基礎(chǔ)。

11、電解加工間隙中的氣液兩相流動(dòng)特點(diǎn) 電解加工間隙中的氣液兩相流動(dòng)特性 電解加工過程中 大量電解液流過加工間隙 陰極析出氫氣 陽極溶解而產(chǎn)生電解產(chǎn)物，有時(shí)還有氧氣、氯氣或二氧化氮?dú)怏w析出， 故電解加工間隙中所流過的介質(zhì)是氣、液、固三相流。 電解產(chǎn)物所占的體積比很小，可以忽略其對電解液電導(dǎo) 率及密度的影響，故可以將間隙中氣、液、固三相流問 題簡化，近似為氣、液兩相流問題處理， 一、氣液兩相流的流動(dòng)參數(shù) 氣液兩相流動(dòng)參數(shù)，除每相各自的參數(shù)，例如各相流 量、 流速、壓力、溫度等參數(shù)外，還有某些相互關(guān)聯(lián)的流 動(dòng)參 數(shù) 1氣泡率 2截面含氣率 3氣液兩相介質(zhì)的流動(dòng)密度 4兩相介質(zhì)的真實(shí)密度CM 1氣泡率 指

12、單位時(shí)間內(nèi)流過某一流通截面的兩相流體總體積Q中氣 相介質(zhì)所占體積的比例， Qg為流過某一流通截面的氣相體積流量,Ql為液相體積流 量；Q為兩相總體積流量。 1 gg g QQ QQQ 2截面含氣率 指所研究流通截面上氣相所占截面積Ag與氣液兩相總流 通截面積A之比， Q為體積流量；u為流速；注腳g為氣相，注腳l為液相 111 / / gggg ggg AAQu AAAQuQu 3氣液兩相介質(zhì)的流動(dòng)密度 11 111 (1)() gg gg QQ m QQ 4兩相介質(zhì)的真實(shí)密度CM 指流道中所研究截面上兩相介質(zhì)的實(shí)際密度， 11 1 (1) gg CMg AA A 二、電解加工間隙中氣液兩相流動(dòng)

13、模型 (1)一維兩相兩成分均勻流型假設(shè)：氣泡在液相中均勻分 布， 液相不可壓縮，而氣相狀態(tài)變化服從理想氣體狀態(tài)方程； 相 間無質(zhì)量轉(zhuǎn)換，即不存在氣液兩相相互之間質(zhì)量轉(zhuǎn)換的 情 況；沿流動(dòng)方向的每一橫截面上各相參數(shù)均勻分布。 (2)線性電場假設(shè)：陰、陽極表面均為等電位面，電極電 位 在電極溶液界面上的非線性突變以適當(dāng)量的極化電位 或近 似與分解電壓等價(jià)；在電解液中，在垂直于電解液流動(dòng) 的方 向上，電位呈線性分布，即具有等電位梯度。 (3)平衡加工狀態(tài)假設(shè)：電解加工處于平衡加工狀態(tài)，各 項(xiàng)參 數(shù)不隨時(shí)間變化而只是幾何位置的函數(shù)；陽極溶解速度 與陰 極進(jìn)給速度相等，加工間隙已達(dá)平衡間隙，不再隨時(shí)間

14、而變 化；電解液與陰、陽極間的熱交換也處于熱平衡狀態(tài)。 側(cè)流式矩形加工間隙模型 氣液兩相流動(dòng)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量方程 以及電解加工間隙表達(dá)式 00 (1) uu gg g p uix R T 100 2 gg dpddu puiu dxdxdx 0 1001 R U i TTx u C 0 0 1()(1)n R U TT i x為電解液流程長度或簡稱流程，即所研究流道橫截面距 間隙進(jìn)口處的距離；為氣泡率；p為壓力；u為流速;T為 溫度；為粘性剪切力；為加工間隙；為電解液的 電導(dǎo)率(以上參數(shù)有下標(biāo)“0”則為間隙進(jìn)口處參數(shù)，未加下 標(biāo)則為流程x橫截面上的參數(shù))；U為加工間隙方向上 電解液的歐姆壓降

15、；i為加工電流密度；l為電解液密 度；Cl為電解液熱容；為電導(dǎo)率溫度系數(shù)；n為考慮氣 泡率對電導(dǎo)率影響的指數(shù)，從n=1.52中選取，通常可取 n=1.5；Rg為氫氣的氣體狀態(tài)常數(shù)；g為析氫的電流效 率；kg為析氫質(zhì)量電化當(dāng)量。 流場參數(shù)及加工間隙分布規(guī)律 00 1 21 T ggt a xdpTn b Ru up dxupT 1000(1 )(1) nT gg apx uun b R up 2 1 (1)1 1/(1) 1 1 un n np 流場參數(shù)及加工間隙分布規(guī)律 0T TTa x 00 gg gg b R Tx b R Txu p 00 1() (1)nTT 00 (1) u u 10

16、01 R T U i a u C ggg bi 0 0 R U i 流場參數(shù)及加工間隙沿流程的分布 第一節(jié) 電解加工過程和特點(diǎn) 電解加工過程 電解加工特點(diǎn) 采用電解加工的條件（三原則） 第一節(jié) 電解加工過程和特點(diǎn) 電解加工過程 1000A 10000A 20000A 15 20V 10200A2 0.11 0.52MPa 550ms 20NaCl 3040 電解加工特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 加工范圍廣 生產(chǎn)率高 表面粗糙度小 Ra0.8m， Ra0.2m 不產(chǎn)生殘余應(yīng)力、變形、 毛刺（飛邊） 理論上工具電極不損耗 缺點(diǎn)： 成型精度低 雜散腐蝕嚴(yán)重 工具電極的設(shè)計(jì)與修 正 污染： Cr6鉻基 NaCl排放

17、設(shè)備貴 腐蝕 采用電解加工的條件（三原則） 難加工材料 難加工形狀 有一定的批量 第二節(jié) 電解加工基本原理 電解質(zhì)溶液 電極電位 電極的極化 金屬的鈍化 電解加工時(shí)的電極反應(yīng) 第二節(jié) 電解加工基本原理 電解質(zhì)溶液： 凡溶于水之后能導(dǎo)電的物質(zhì)就是電解質(zhì)，電解質(zhì)溶液即為電解液。 NaCl、NaNO3、NaClO3 水是一種弱電解質(zhì)，只能有很少一部分離解成H及OH 水是極性分子，吸附電解質(zhì)正、負(fù)離子。水化離子 電極電位 電極電位 電位差 平衡電極電位：溶解、沉淀平衡 標(biāo)準(zhǔn)氫電極為基準(zhǔn) 能斯特公式： a n UUlg 059. 0 電極的極化 極化現(xiàn)象 濃差極化 Mn擴(kuò)散慢 電化學(xué)極化 MMn慢 金屬

18、的鈍化和活化 金屬的鈍化 鈍化：在電解加工中陽極溶解隨電 流的增大而突然減小以至停止的現(xiàn) 象。 成相理論： 氧化膜 吸附理論： O2 活化： 加熱 還原氣體 Cl 機(jī)械：刮 電解加工時(shí)的電極反應(yīng) 反應(yīng)復(fù)雜 工件材料不是純金屬 單一鹽溶液 溫度、壓力、流速 1417NaCl，鐵（鋼） Na+ F e ? H2 Na Fe2 + Fe3 + O2 Cl2 ? 電解加工時(shí)的電極反應(yīng) 陽極反應(yīng) Fe2eFe2U=0.59V Fe3eFe3U=0.323V 4OH4eO2U=0.867V 2Cl2eCl2U=1.334V 陽極：電極電位越負(fù)越容易失去電子，被 氧化 結(jié)論：陽極Fe2eFe2溶解 陰極反應(yīng)

19、 2H2eH2 U=0.42V NaeNa U=2.69V 陰極：電極電位越正越容易得到電子，被 還原 結(jié)論：陰極2H2eH2析出氫氣 電解加工時(shí)的電極反應(yīng) Fe22OHFe（OH） 2 墨 綠絮狀 Fe3C 剝離 4Fe（OH）22H2OO2 4Fe（OH）3黃褐 結(jié)論：NaCl不參與 Fe3C：有氯、氧析出（少量） Fe3C 剝離 第三節(jié) 電解液 一、電解加工中電解液的基本作用 二、對電解液的基本要求 三、三種常用電解液 四、電解液參數(shù)對加工過程的影響 五、電解液的流速及流向 六、出水口的布局 第三節(jié) 電解液 一、電解加工中電解液的基本作 用 作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流 在陰、陽極之間進(jìn)行電化學(xué)

20、反 應(yīng)， 使陽極溶解得以順利進(jìn)行。 冷卻、排屑、更新電解液（在 加工區(qū)域） 二、對電解液的基本要求： 生產(chǎn)率高： 導(dǎo)電能力要強(qiáng) 陰離子不在陽極上析出 不選用鈍化性電解液 具有較高的加工精度和表面質(zhì) 量： 陽離子不能沉積到陰極 鈍化性電解液 陽極反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化 合物。 便于處理、過濾、排放、連 續(xù)使用 小孔時(shí)：排屑、可溶性 價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、操作安 全、腐蝕性小。 三、三種常用電解液 中性、酸性、堿性 常用中性鹽三種： NaCl、NaNO3、NaClO3 NaCl 食鹽、最普通使用 優(yōu)點(diǎn)： 生產(chǎn)率高，電流效率高 強(qiáng)電解質(zhì)，導(dǎo)電能力強(qiáng) 含有Cl，無析氧，不會生成鈍化 膜 表面粗糙度小 價(jià)

21、格便宜 缺點(diǎn)： 尺寸精度低，雜散腐蝕嚴(yán)重。 對機(jī)床腐蝕嚴(yán)重。 NaCl常用濃度20（1418 ） 精加工510 常用溫度：2535 鈦合金：40以上。 NaNO3 優(yōu)點(diǎn)： 精度高，尺寸易控制， 雜散腐蝕小。0.78 使用安全，腐蝕小，價(jià) 廉。 鈍化性電解液。 缺點(diǎn)： 電流效率低，生產(chǎn)率低。 陰 極 氨 氣 析 出 ， NaNO3被消耗。 切斷間隙：側(cè)面被保護(hù)起 來的間隙a。 切斷電流：電流密度ia 濃度：30以下。 極化曲線 三、三種常用電解液 三、三種常用電解液 NaClO3 優(yōu)點(diǎn)： 精度高，雜散腐蝕小，尺寸易控 制 ， 表 面 粗 糙 度 小 ， 導(dǎo) 電 能 力 與 NaCl差不多（電導(dǎo)率

22、比NaCl低， 溶解度比NaCl高） 腐蝕作用小。 缺點(diǎn)： 價(jià)貴 安全防火，強(qiáng)氧化劑，易燃。 控制Cl濃度，NaClO3有消耗。 濃度：1535。 效率與電流曲線 四、電解液參數(shù)對加工過程的影響 濃度及溫度 電解液濃度及溫度的變化都將影響腐蝕速 度及加工精度 濃度電導(dǎo)率生產(chǎn)率加工精度 溫度電導(dǎo)率生產(chǎn)率加工精度 溫度受絕緣材料、電解液的沸騰影響； 一般不超過60，在3040 范圍內(nèi)。 濃度太大、雜散腐蝕嚴(yán)重， NaCl20 NaNO3、NaClO3雖溶解度 較高，但濃度30時(shí)非線 性變差 常用20 NaCl：水 NaClO3：ClO3分解 四、電解液參數(shù)對加工過程的影響 電解液PH值： 中性：陰

23、極H放電析出，OH聚 集堿化 PH值 鐵、鎳合金在堿性中容易鈍化 酸化：硼酸 添加劑 粘度： 溫度粘度 粘度升高，氫氧化物含量增高。 五、電解液的流速及流向 流速：10m/s 氫氣、金屬氫氧化物沖走，熱量帶走。 流向： 正向：簡單，氫氣、氫氧化物多， 加工精度、表面粗糙度降低。 反向：與正向相反 橫向：較淺的型腔模。 五、電解液的流速及流向 六、出水口的布局 流線 窄槽、孔 六、出水口的布局 第四節(jié) 電解加工過程中的基本規(guī)律 一、生產(chǎn)率及其影響因素 二、精度成型規(guī)律 三、表面質(zhì)量 第四節(jié) 電解加工過程中的基本規(guī)律 一、生產(chǎn)率及其影響因素 生產(chǎn)率：單位時(shí)間內(nèi)去除的金屬量。3/min，g/min。

24、 電化學(xué)當(dāng)量 電流密度 電解液及其參數(shù) 法拉第電解定律（電化學(xué)當(dāng)量與生產(chǎn)率） 電流密度與生產(chǎn)率 電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系 第四節(jié) 電解加工過程中的基本規(guī)律 法拉第電解定律（電化學(xué)當(dāng)量與生產(chǎn)率） m電極上溶解或析出物質(zhì)的質(zhì)量（g） V電極上溶解或析出物質(zhì)的體積（mm3） K被電解物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量（g/Ah） 被電解物質(zhì)的體積電化學(xué)當(dāng)量（mm3/Ah） I電解電流（A） t電解時(shí)間（h） ItV kItm 一、生產(chǎn)率及其影響因素 電流效率 100%塊狀脫落 太小，鈍化膜或其它反應(yīng) 合金 例：NaCl電解液，厚64低碳鋼加工 25通孔，中空電極內(nèi)徑13.5， V=222003，t=5min，

25、I=5000A求 I、t 查=133mm3/Ah，=100% ItV KItm %100 理論計(jì)算蝕除量 實(shí)際金屬蝕除量 min4 . 2 5000133%100 22200 2000 60/5133%100 22200 I V t A t V I i i KK 1 電流密度與生產(chǎn)率 i t h v ith hAV iAtV iv a a va：蝕除速度 電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系 R a R RR U v U A I i AU R U I A R 電導(dǎo)率（1/） UR電解液的歐姆電壓（V） 加工間隙（） 電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系 U=UaURUc UR=U（UaUc） UaUc=23V

26、 UR=U2 URU C v CU a R 雙曲線 電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系 固定陰極 擴(kuò)孔、拋光 2 0 2 0 2 2 2 1 2 1 tU C CtU U v dt d R R R a 電極間隙大小和蝕除速度的關(guān)系 例：=100%，0=0.2mm，U=12V，=1mm， 15%NaCl，30 求：va0，va，t 解：=0.02/（mm） UR=U2=10V，=2.223/（Amin） va0=UR/0 =（100%2.220.0210/0.2）mm/min =2.22mm/min va=UR/ =（100%2.220.0210/1）mm/min =0.444mm/min t=（20

27、2）/（2UR） =（120.22）/（2100%2.220.0210） mm/min =1.09min 控制精度? 在平衡加工狀態(tài)下選取不同處的電流效率的方法圖 二、精度成型規(guī)律 端面平衡間隙 法向間隙 側(cè)面間隙 平衡間隙理論應(yīng)用 影響加工間隙的其它因素 二、精度成型規(guī)律 端面平衡間隙 端面間隙：垂直進(jìn)給方向的面,沿進(jìn)給方 向的間隙。 端面平衡間隙 b：工件蝕除速度va與 陰極的進(jìn)給速度vc相等兩者達(dá)到動(dòng)態(tài) 平衡的端面間隙。 加工過程達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的加工間隙 時(shí) 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡=b b：0.120.8mm， 合適：0.250.3mm c R b v U cadt d vv 0 dt d ca vv

28、 端面平衡間隙 例：15%NaCl，30，U=12V，碳鋼 vc=1mm/min及vc=2mm/min 求b 解：=100%，=2.22mm3/Amin， =0.02/（mm） UR=U-2=10V vc=1，b=12.220.0210/1=0.444mm vc=2，b=12.220.0210/2=0.222mm 過渡間隙 b b L t 過渡間隙 b b tvL 0 00 ln 法向間隙 45 coscos cos b c R n R n cn v U v U vv 法向平衡間隙n比端面平衡間 隙b大,是1/cos倍。 Cos法設(shè)計(jì)電極 端面間隙：垂直進(jìn)給方向的面, 沿進(jìn)給方向的間隙。 法向

29、平衡間隙和端面間隙不是 同時(shí)達(dá)到,只存在一個(gè)。 側(cè)面間隙 c c R R R v h t tvh x tU x dt x U dx x U dt dx 22 2 0 2 b b c R s x xhh v U x 0 2 0 2 0 2 2 側(cè)面間隙 側(cè)面不絕緣： 軸向截面拋物線 側(cè)面絕緣： 1 2 2 2 b bbbs h h 1 2 b bs b 平衡間隙理論應(yīng)用 計(jì)算間隙 設(shè)計(jì)電極 分析加工精度 選擇加工參數(shù) 理想加工過程中平衡狀態(tài)下的加工間隙(a) 及求解陰極型面(b)的示意圖 影響加工間隙的其它因素 材料成分 組織狀態(tài) 表面狀態(tài)：活化、鈍化 溫度 濃度 電場分布 流動(dòng)方向 電壓變化

30、c R b v U 三、表面質(zhì)量 Ra1.250.16m 工件材料的合金成分、金相組織、熱處理狀態(tài)。 工藝參數(shù) 陰極表面質(zhì)量 除油去銹 第五節(jié) 提高加工精度的途徑 非水電解液，甲醇基和甲酰胺基措施 一、脈沖電解加工 二、小間隙電解加工 三、改進(jìn)電解液 四、混氣電解加工 二、小間隙電解加工 1 C C v v C v C v a a a a 二、小間隙電解加工 加工速度，精度 液流阻力大，電流密度大，溫升快，溫度高，壓力大 限制： 機(jī)床剛度 傳動(dòng)精度 電解液壓力、流速、過濾 第五節(jié) 提高加工精度的途徑 三、改進(jìn)電解液 復(fù)合電解液，添加劑，鈍化層或絕緣層 低濃度電解液，間隙均勻，復(fù)制精度高，效率低

31、 四、混氣電解加工 第六節(jié) 電解加工的基本設(shè)備 一、直流電源 二、機(jī)床 三、電解液系統(tǒng) 第六節(jié) 電解加工的基本設(shè)備 一、直流電源 扼流式飽和電抗器調(diào)壓 自飽和式電抗器調(diào)壓 可控硅調(diào)壓 第六節(jié) 電解加工的基本設(shè)備 二、機(jī)床 對機(jī)床要求： 機(jī)床剛性2040KN 進(jìn)給速度穩(wěn)定 防腐絕緣 安全措施，氫氣（爆炸） 類型： 立式 臥式 第六節(jié) 電解加工的基本設(shè)備 三、電解液系統(tǒng) 多級離心泵 過濾： 介 質(zhì) 過 濾 離 心 過 濾 沉淀法： 漏斗 鐵管 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、異形零件、 模具 深孔、擴(kuò)孔加工 型孔加工 型腔加工 套料加工 葉片加工 電解倒棱去毛刺

32、 電解刻字 電解拋光 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 深孔、擴(kuò)孔加工 固定式 移動(dòng)式 固定式： 工件和工具間無相對運(yùn)動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡單 生產(chǎn)率高 操作簡單 缺點(diǎn)： 陰極長 電源功率大 加工表面粗糙度和尺寸精度不 均勻 剛度不足 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 移動(dòng)式： 陰極軸向移動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)： 陰極較短 精度要求低，制造容易。 工件可任意長，不受電源功率限制。 缺點(diǎn)： 機(jī)床有效長度大于工件長度 工件兩端：收口和喇叭口。 導(dǎo)流段： 黃銅 不銹鋼 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 例：起落架液壓筒 30CrMnSiA 要求4級精度

33、，Ra0.4mRa0.2m(89) 加工前Ra1.6m (6)，加工后Ra0.2m (9)， 留量=0.2（單邊） t工時(shí)=10分鐘，=0.10.15 V=1012V，I=17002000A（I=2030A/cm2） 06. 0 01. 0 122,694122 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 型孔加工 形狀復(fù)雜，尺寸較小 四方、六方、橢圓、半圓 通孔和不通孔 端面進(jìn)給，側(cè)面絕緣 絕緣厚度： 工作部分： 0.150.20 非工作部分：0.30.5 陰極內(nèi)圓錐面高度1.53.5 工作端及側(cè)面成型環(huán)面的寬度一般取0.30.5 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 型腔加工 鍛模 反拷

34、法 cos法 端面： 側(cè)面： c R b v U cos/ 1 2 bn b bs b 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 cos法: 在工件輪廓上取A1、 A2、A3、An， 過A1作法線和進(jìn)給 方向的平行線，平 行線A1C1=b 過C1作C1B1A1C1， 得電極點(diǎn)B1， 以此類推，作出B2、 B3、Bn， 光滑連接B 1、B2、 B3、Bn。 45時(shí)誤差大。 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 連桿鍛模： V = 8 1 5 V ， i = 2 0 90A/cm2， vc=0.41.5mm/min， 8%12%NaCl， 壓力0.52MPa。 開增液孔，增液縫。 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 套料加工 0

35、.10.3mm 陰極片0.5mm紫銅 精度0.020.04mm Ra1.250.32m 1mm增液孔7個(gè) i=100200A/cm2，V=1315V， b=0.30.4mm，s=0.50.6mm， 壓力0.81MPa， 4020，12%14%NaCl， vc=1.82.5mm/min 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 葉片加工 單面 立式 雙面 臥式 側(cè)流法供液 混氣電解加工（NaCl） 氯酸鈉 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 電解倒棱去毛刺 35，20V以 上 1min 第七節(jié) 電解加工工藝及應(yīng)用 電解刻字 字頭和工件：0.1mm 電解間隙 鈍化型電解液， 0.5s 第七節(jié)

36、 電解加工工藝及應(yīng)用 電解拋光 電解拋光：利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解 對工件表面進(jìn)行腐蝕拋光。 電解拋光和電解加工的區(qū)別： 間隙大，電流密度小，電解液不流動(dòng)，設(shè)備簡單。 電解拋光：設(shè)備簡單 影響因素： 電解液的成分、比例。 電參數(shù)：陽極電位，陽極電流密度 電解液溫度及攪拌情況 金屬的金相組織與原始表面狀態(tài) 表面Ra2.50.8m 第八節(jié) 其他電解加工方法 一、混氣電解加工 二、脈沖電解加工 三、數(shù)控展成電解加工 四、小孔束流電解加工 第八節(jié) 其他電解加工方法 一、混氣電解加工 混氣電解加工原理及優(yōu)缺 點(diǎn)： 混氣電解加工：將一定壓 力的氣體（二氧化碳、氮 氣或壓縮空氣等）用混氣 裝置使它

37、與電解液混合在 一起，使電解液成為包含 無數(shù)水、氣泡的氣液混合 物，然后送入加工區(qū)進(jìn)行 電解加工。 第八節(jié) 其他電解加工方法 影響： 對流場分布的影響 改善流場的均勻性 有利于提高流速 對電導(dǎo)率分布的影響 使電導(dǎo)率沿流程變化趨于均勻 使得氣液兩相混合物的電導(dǎo)率隨間隙變化而變化。 第八節(jié) 其他電解加工方法 對電極反應(yīng)過程的影響 有效消除離子粘附，減小濃差極化，使極化趨于均勻， 使加工電流密度分布趨于均勻。 作用： 電解液向非線性方面轉(zhuǎn)化，減少雜散腐蝕。 降低電解液的密度、粘度，增加流速，均勻流場。 第八節(jié) 其他電解加工方法 優(yōu)點(diǎn)： 提高了電解加工精度 簡化了陰極的設(shè)計(jì)與 制造 減少短路 第八節(jié)

38、其他電解加工方法 缺點(diǎn)： 生產(chǎn)率降低，1/31/2。 需要一套附屬供氣設(shè)備。 第八節(jié) 其他電解加工方法 組成： 引 導(dǎo) 部 混 合 部 擴(kuò)散 部 第八節(jié) 其他電解加工方法 第八節(jié) 其他電解加工方法 第八節(jié) 其他電解加工方法 氣液混合比 q g 氣 體 流 量 （ 指 標(biāo) 準(zhǔn) 狀 態(tài) ） （m3/h） ql電解液流量（m3/h） 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（一個(gè)大氣壓，20） 氣：0.40.5MPa 液比氣低：0.05MPa l g q q Z 第八節(jié) 其他電解加工方法 二、脈沖電解加工 用脈沖電源進(jìn)行電解加工。 脈沖電流電解加工的基本原理就是以周期間歇 供電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的連續(xù)供電使工件陽極在電解液中發(fā) 生周期斷續(xù)的

39、電化學(xué)陽極溶解。它利用脈間的斷電 間歇去極化、散熱，使間隙的電化學(xué)特性、流場、 電場恢復(fù)起始狀態(tài)。 第八節(jié) 其他電解加工方法 分類： 按其加工電流的特性分： 正弦波或矩形波 低頻(數(shù)十Hz)或高頻(數(shù)KHz數(shù)十KHz) 寬脈沖(數(shù)ms數(shù)十ms)或窄脈沖(數(shù)十s數(shù)百 s) 按其進(jìn)給及供電的配合方式分： 連續(xù)供給脈沖電流、連續(xù)進(jìn)給； 周期供給脈沖電流、周期進(jìn)給； 連續(xù)供給脈沖電流與脈沖同步振動(dòng)進(jìn)給。 第八節(jié) 其他電解加工方法 脈沖電流電解加工的物理、化學(xué)特性 物理、化學(xué)特性的改善對加工結(jié)果的影響 第八節(jié) 其他電解加工方法 脈沖電流電解加工的物理和化學(xué)特性 瞬時(shí)通電和斷電的過程導(dǎo)致了電解加工間隙過

40、程物理、化學(xué)特性的一系列變化。 電流效率曲線的非線性特性的強(qiáng)化 脈沖電流電解加工的陽極電位特性的變化 加工間隙中流場壓力和溫度特性的變化 第八節(jié) 其他電解加工方法 電流效率曲線的非線性特性的強(qiáng)化 切斷電流密度增大，切斷間隙減小。 用脈沖電流在鈍性電解液中加工鐵基金屬時(shí)，其i曲線較 用直流時(shí)顯著移向高ia區(qū)，切斷電流密度i加大，切斷間隙a減小， 導(dǎo)致集中蝕除能力加強(qiáng)。 第八節(jié) 其他電解加工方法 占空比影響電流效率 占空比減小時(shí)， i曲線亦向高i區(qū)移動(dòng)切斷電流密度ia增大，切斷間隙a減小。 活化溶解、鈍化溶解與超鈍化溶解的電流密度區(qū)域與直流條件下是不同的，脈沖條 件下能改變陽極極化特性。 第八節(jié)

41、其他電解加工方法 脈沖電流電解加工的陽極電位特性的變化 快速脈沖極化有利于集中蝕除能力的加強(qiáng)， 脈間的去極化作用有利于表面極化電位分布均勻。 第八節(jié) 其他電解加工方法 加工間隙中流場壓力和溫度特性的變化 改善極間的流場 第八節(jié) 其他電解加工方法 生成與脈沖電流同期的氫氣壓力波 陰極析氫量與電流成正比，壓力波強(qiáng)度隨電流密度的增加而 加大，其頻率亦然。 壓力波對極間電解液的攪拌作用 極間的流場趨于均勻，削弱了濃差極化和鈍化極化，改善電 解液對小間隙處的充添能力；提高間隙過程的穩(wěn)定性，最小穩(wěn)定間 隙比直流加工小，間隙分布均勻。 改善間隙熱交換條件 僅在脈沖寬度期間發(fā)熱，在脈間內(nèi)散出。 達(dá)到沸點(diǎn)溫度的

42、電流密度比直流加工大，在同樣的電流密度下極 間溫度較直流加工低。 第八節(jié) 其他電解加工方法 物理、化學(xué)特性的改善對加工結(jié)果的影響 提高加工精度 改善表面質(zhì)量 第八節(jié) 其他電解加工方法 二、脈沖電解加工 優(yōu)點(diǎn)： 非線性特征 產(chǎn)物排出、工作液更新攪拌 小間隙加工 電流效率高 第八節(jié) 其他電解加工方法 三、數(shù)控展成電解加工 傳統(tǒng)電解加工采用成型陰極拷貝式電解成型加工 優(yōu)點(diǎn)： 加工速度快 一個(gè)方向的簡單送進(jìn)運(yùn)動(dòng) 缺點(diǎn)： 成型陰極的設(shè)計(jì)及制造困難，且制造周期長 陰極形狀復(fù)雜、加工面積大，影響因素多 拷貝式加工的復(fù)制精度、重復(fù)精度都不太高 窄通道的整體葉輪的扭曲葉片表面，受工具陰極剛性及 加工送進(jìn)方式的限

43、制，難于完成加工 第八節(jié) 其他電解加工方法 三、數(shù)控展成電解加工 數(shù)控展成電解加工 數(shù)控展成電解加工的特點(diǎn) 數(shù)控展成電解加工系統(tǒng)組成 第八節(jié) 其他電解加工方法 數(shù)控展成電解加工： 以簡單形狀的工具陰極，按計(jì)算機(jī)控制指令，進(jìn)行必要 的展成成型運(yùn)動(dòng)，以電解“切削”方式加工型腔、型面，它 類似于數(shù)控銑那樣，只是將銑刀換成電解加工的陰極工具而 進(jìn)行展成加工。 第八節(jié) 其他電解加工方法 數(shù)控展成電解加工的特點(diǎn)： 工具形狀簡單 棒狀、球狀 “切削刃”：點(diǎn)、直線、曲線 具有很好的加工柔性 數(shù)控 可以加工各種難加工材料 工具陰極不損耗 宏觀作用力小，可以加工各種低剛度零件。 整平能力強(qiáng)、成型精度高。 加工間隙動(dòng)態(tài)變化 切入、退出，間隙流場、電場和電化學(xué)溶解速度動(dòng)態(tài)變化。 第八節(jié) 其他電解加工方法 數(shù)控展成電解加工系統(tǒng)組成 組成： 機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng) 第八節(jié)