電解加工技術

1、林洋8153025 電解加工技術電解加工技術 電化學加工電化學加工 電化學加工電化學加工(Electrochemical Machining(Electrochemical Machining，ECM)ECM)是特是特 種加工的一個重要分支，目前已成為一種較為成熟的種加工的一個重要分支，目前已成為一種較為成熟的 特種加工工藝，被廣泛應用于眾多領域特種加工工藝，被廣泛應用于眾多領域。 根據(jù)加工原理，電化學加工可分為以下三大類：根據(jù)加工原理，電化學加工可分為以下三大類： (1) (1) 利用電化學陽極溶解的原理去除工件材料（電解利用電化學陽極溶解的原理去除工件材料（電解 加工）。加工）。 (2)

2、(2) 利用電化學陰極沉積的原理進行鍍覆加工。利用電化學陰極沉積的原理進行鍍覆加工。 (3) (3) 利用電化學加工與其他加工方法相結合的電化學利用電化學加工與其他加工方法相結合的電化學 復合加工。復合加工。 電化學加工分類電化學加工分類 電解加工電解加工 電解加工（electrochemical machining， ECM）是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解 反應而去除工件上多余的材料、將零件加工 成形的一種方法。 電解加工是特種加工技術中應用最廣泛的技 術之一，尤其適合于難加工材料、形狀復雜 或薄壁零件的加工。 電解加工的基本設備電解加工的基本設備 1.直流電源為提高電解加工精度，生產中采

3、 用脈沖電源加工。 2.機床 要求：足夠的剛性；進給速度的穩(wěn)定 性；防腐絕緣；安全措施。 3.電解液系統(tǒng)主要由泵、電解液槽、過濾裝 置、管道和閥組成。 電解加工原理圖電解加工原理圖 1-1-直流電源直流電源 2-2-工具陰極工具陰極 3-3-工件陽極工件陽極 4-4-電解液泵電解液泵 5-5-電解液電解液 加工時，工件接電源正極（陽極），按一定形狀 要求制成的工具接負極（陰極），工具電極向工 件緩慢進給，并使兩極之間保持較小的間隙（通 常為0.020.7mm），利用電解液泵在間隙中間 通以高速（550m/s）流動的電解液。 在工件 與工具之間施加一定電壓，陽極工件的金屬被逐 漸電解蝕除，電解產

4、物被電解液帶走，直至工件 表面形成與工具表面基本相似的形狀為止。 圖中的細豎線表示通過陽極（工件）和陰極（工具） 間的電流。豎線的疏密程度表示電流密度的大小。 加工開始時，工件陽極與工具陰極的形狀不同，工 件表面上的各點至工具表面的距離不等，因而各點 的電流密度不等。 陽極與陰極距離較近的地方通過的電流密度較大，電解 液的流速也較高，陽極溶解的速度也就較快，而距離較 遠的地方，電流密度就小，陽極溶解就慢。由于工具相 對工件不斷進給，工件表面上各點就以不同的溶解速度 進行溶解，電解產物不斷被電解液沖走，直至工件表面 形成與工具表面基本相似的形狀為止。 電解加工特點電解加工特點 （）加工范圍廣 不

5、受材料本身強度、硬度和韌性的限制，可 加工高強度、高硬度和高韌性等難切削的金屬材 料，如淬火鋼、鈦合金、硬質合金、不銹鋼、耐 熱合金，可加工葉片、花鍵孔、炮管膛線、鍛模 等各種復雜的三維型面，以及薄壁、異形零件等。 （）能以簡單的進給運動一次加工出形狀 復雜的型面和型腔，進給速度可快達0.3 15mm/min。 （）表面質量好（）表面質量好 加工中無切削力和切削熱的作用，所以不產生由 此引起的變形和殘余應力、加工硬化、毛刺、飛 邊 、 刀 痕 等 ， 可 以 達 到 較 低 的 表 面 粗 糙 度 （Ra1.250.2m）和0.1mm左右的平均加工精 度。電解微細加工鋼材的精度可達1070m。

6、 適合于加工易變形或薄壁零件。 （）加工過程中工具電極理論上無損耗，（）加工過程中工具電極理論上無損耗， 可長期使用?？砷L期使用。 因為工具陰極材料本身不參與電極反應，其表面 僅產生析氫反應，同時工具材料又是抗腐蝕性良 好的不銹鋼或黃銅等，所以除產生火花短路等特 殊情況外，工具陰極基本上沒有損耗。 （）加工生產率高（）加工生產率高 約為電火花加工的510倍以上，在某些情況下 比切削加工的生產率還高。 且加工生產率不直接受加工質量的限制，故一般 適宜于大批量零件的加工。 電解加工缺點電解加工缺點 電解加工影響因素多，技術難度高，不易實現(xiàn) 穩(wěn)定加工和保證較高的加工精度。 工具電極的設計、制造和修正

7、較麻煩，因而很 難適用于單件生產。 電解加工設備投資較高，占地面積較大。 電解液對設備、工裝有腐蝕作用，電解產物的 處理和回收困難。 提高電解加工精度地途徑提高電解加工精度地途徑 1.1.脈沖電流電解加工脈沖電流電解加工 1）消除加工間隙內電解液電導率地不均勻化。 2）脈沖電流電解加工使陰極在電化學反應中析 出的氫氣是斷續(xù)的，呈脈沖狀。它可以對電解液起 攪拌作用，有利于電解產物的去除，提高電解加工 精度。 2.2.小間隙加工小間隙加工蝕除速度與加工間隙成反比關 系。加工間隙小，突出部分的去除速度將大大高于 低凹處，提高了整平效果。加工間隙越小，越能提 高加工精度。 3.3.改進電解液改進電解液

8、鈍化型電解液、復合電解液、 低質量分數(shù)的電解液 4.4.混氣電解加工混氣電解加工將一定壓力的氣體（主要 是壓縮空氣）用混氣裝置使它與電解液混合在一 起，使電解液成分包含無數(shù)氣泡的氣液混合物， 然后送入加工區(qū)進行電解加工 電解液電解液 電解液的作用電解液的作用 電解液是電解池的基本組成部分，是產生電解加 工陽極溶解的載體。電解液的主要作用是： (1) 與工件陽極及工具陰極組成進行電化學反應 的電極體系，實現(xiàn)所要求的電解加工過程，同時 所含導電離子也是電解池中傳送電流的介質，這 是其最基本的作用。 (2) 排除電解產物，控制極 化，使陽極溶解能正常連續(xù)進行。 (3) 及時帶走 電解加工過程中所產生

9、的熱量，使加工區(qū)不致過 熱而引起沸騰、蒸發(fā)，以確保正常的加工。 對電解液的要求對電解液的要求 對電解液總的要求是加工精度和效率高、表面質量好、實 用性強。 對電解液的基本要求包括以下四個主要方面 (1) 電化學特性方面（正負離子并存，只有可逆反應不相 互影響）。 (2) 物理特性方面（高溶解度、大離解度、低粘度等）。 (3) 穩(wěn)定性方面（消耗性組分盡量少等）。 (4) 實用性方面（價格低廉、無毒安全，壽命長等）。 常用電解液及其選擇原則常用電解液及其選擇原則 1）電解液選擇的原則電解液選擇的原則 粗加工重點解決效率；精加工側重加工精度和表面質量； 高溫合金葉片側重保加工精度；鈦合金則側重表面質

10、量。 2) 常用電解液常用電解液 常用的電解液為中性電解液中的NaCl、NaNO3及NaClO3三 種。 3) 低濃度復合電解液 近年開發(fā)的低濃度復合電解液在改善鈦合金加工及鎳基鑄 造合金的表面質量以及提高鐵基合金或金屬的加工精度上 有顯著的效果。 1.NaCl電解液蝕除速度高，但雜散腐蝕也嚴 重，故復制精度較差。濃度為20以內，一般為 1418。電解液溫度為2535C。 2.NaNO3電解液鈍化型電解液。NaNO3電解液 在濃度為30以下時，有較好的非線形性能，成 形精度高，而且對機床腐蝕性小，價格也不高。 主要缺點是電流效率低，生產率也低，另外加工 時陰極有氨氣析出，所以NaNO3會被消耗

11、。 3.NaClO3電解液散蝕能力小，加工精度高； 具有很高的溶解度；導電能力強，可達到與NaCl 相近的生產率；腐蝕作用小。缺點：價格較貴， 強氧化劑，使用時注意安全防火。 電解加工的應用電解加工的應用 （1 1）模具型腔加工）模具型腔加工 電解加工適應難加工材料（高鎳合金鋼、粉末合金）、復電解加工適應難加工材料（高鎳合金鋼、粉末合金）、復 雜結構的優(yōu)勢。電解加工在模具制造領域中已占據(jù)了重要雜結構的優(yōu)勢。電解加工在模具制造領域中已占據(jù)了重要 地位。地位。 （2 2） 葉片型面加工葉片型面加工 這類加工效率高，生產周期短；加工質量好；但設備、陰這類加工效率高，生產周期短；加工質量好；但設備、陰

12、 極均較復雜，須采用三頭或斜向進給機床、復合雙動陰極。極均較復雜，須采用三頭或斜向進給機床、復合雙動陰極。 國外自動生產線上已采用此方案，國內開始試制。國外自動生產線上已采用此方案，國內開始試制。 （3 3）型孔及小孔加工）型孔及小孔加工 4. 槍、炮管膛線加工 傳統(tǒng)的槍管膛線制造工藝為擠線法，該法生產效率高，但擠線 沖頭制造困難，毛坯材料損耗嚴重，且校正、電鍍、回火等輔 助工序較多。 5. 整體葉輪加工 通常整體葉輪多為不銹鋼、鈦合金或高溫耐熱合金等難切削材 料；再加之其為整體結構且葉片型面復雜，使得其制造非常困 難。 6. 電解去毛刺 電解去毛刺的加工間隙較大，加工時間又很短，因而工具陰極

13、 不需要相對工件進給運動，即可采用固定陰極加工方式，機床 不需要工作進給系統(tǒng)及相應的控制系統(tǒng)。 7. 7. 數(shù)控展成電解加工數(shù)控展成電解加工 數(shù)控展成電解加工工具陰極形狀簡單(棒狀、球狀及條狀)， 設計制造方便，且適用范圍廣，大大縮短了生產準備周期， 因而可適應多品種、小批量生產趨勢，彌補電解加工在小 量、單件加工時經濟性差的缺點。 8. 8. 微精電解加工微精電解加工 目前微精電解加工還處于研究和試驗階段，其應用還局限 于一些特殊的場合，如電子工業(yè)中微小零件的電化學蝕刻 加工(美國IBM公司)、微米級淺槽加工(荷蘭飛利浦公司)、 微型軸電解拋光(日本東京大學)已取得了很好的加工效果， 精度已可達微米級。 未來