第六章 特種加工 電化學(xué)課件

1、1第六章第六章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工o利用陽(yáng)極在電解液中發(fā)生電化學(xué)作用對(duì)金屬進(jìn)行成形加工。o分類： 1)陽(yáng)極溶解陽(yáng)極溶解： 電解加工；電解加工； 電解拋光。電解拋光。 2) 陰極沉淀陰極沉淀： 電鍍電鍍 ; 電鑄。電鑄。 3) 電化學(xué)復(fù)合加工電化學(xué)復(fù)合加工 電解磨削；電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加工。電解磨削；電化學(xué)陽(yáng)極機(jī)械加工。2電化學(xué)加工的主要特點(diǎn)電化學(xué)加工的主要特點(diǎn)- 特點(diǎn)特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 不受工件硬度、強(qiáng)度的限制；不受工件硬度、強(qiáng)度的限制； 生產(chǎn)效率高，為電火花加工時(shí)的生產(chǎn)效率高，為電火花加工時(shí)的510倍；倍； 無(wú)殘余應(yīng)力及變形；加工質(zhì)量無(wú)殘余應(yīng)力及變形；加工質(zhì)量(精度精度0.03-0.05,R

2、a0.2-1.6) 陰極工具不產(chǎn)生耗損。陰極工具不產(chǎn)生耗損。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 工件精度及表面質(zhì)量一般；工件精度及表面質(zhì)量一般； 電解產(chǎn)物可能產(chǎn)生污染；電解產(chǎn)物可能產(chǎn)生污染； 單件成本高；單件成本高； 工件為導(dǎo)電材料。工件為導(dǎo)電材料。 第一節(jié)第一節(jié)、電解加工的機(jī)理和、電解加工的機(jī)理和基本規(guī)律基本規(guī)律一、電解加工的特點(diǎn)和應(yīng)用一、電解加工的特點(diǎn)和應(yīng)用1）以簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)一次加工出復(fù)雜的形腔2）可以加工高硬度、高強(qiáng)度和高韌性的材料3）加工過(guò)程中無(wú)切削力和切削熱4）加工后零件無(wú)毛刺和殘余應(yīng)力5）生產(chǎn)率較高6）電極基本不損耗 工件精度及表面質(zhì)量一般；工件精度及表面質(zhì)量一般； 電解產(chǎn)物可能產(chǎn)生污染；電解產(chǎn)物可

3、能產(chǎn)生污染； 單件成本高；不適合單件小批量生產(chǎn)單件成本高；不適合單件小批量生產(chǎn) 工件為導(dǎo)電材料。工件為導(dǎo)電材料。4二、電解加工的機(jī)理二、電解加工的機(jī)理 - 原理原理：電化學(xué)陽(yáng)極溶解。：電化學(xué)陽(yáng)極溶解。兩極間隙較小兩極間隙較?。?.11mm);具有一定壓力的電解液高速具有一定壓力的電解液高速(10-60m/s)流過(guò)間隙。流過(guò)間隙。5三、金屬陽(yáng)極溶解機(jī)理三、金屬陽(yáng)極溶解機(jī)理( (略略) ) - 電化學(xué)加工過(guò)程電化學(xué)加工過(guò)程： 離子導(dǎo)體；離子導(dǎo)體； 陰極陰極：正離子得到電子，發(fā)：正離子得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。生還原反應(yīng)。 陽(yáng)極陽(yáng)極：負(fù)離子失去電子，發(fā)：負(fù)離子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)?；蛘?，陽(yáng)極金生氧化

4、反應(yīng)?；蛘?，陽(yáng)極金屬原子失掉電子，成為正離屬原子失掉電子，成為正離子，進(jìn)入液體。子，進(jìn)入液體。 - 電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)： 在電極和電解液的界面上發(fā)在電極和電解液的界面上發(fā)生的交換電子的反應(yīng)。生的交換電子的反應(yīng)。6 - 陽(yáng)極過(guò)程陽(yáng)極過(guò)程： 在外電場(chǎng)作用下，金屬原子克服金屬晶體的在外電場(chǎng)作用下，金屬原子克服金屬晶體的作用力而失去電子，成為金屬離子；作用力而失去電子，成為金屬離子； 金屬離子與水分子結(jié)合成為水化離子；金屬離子與水分子結(jié)合成為水化離子； 金屬水化離子從電極表面液層擴(kuò)散，離開陽(yáng)極金屬水化離子從電極表面液層擴(kuò)散，離開陽(yáng)極表面附近的區(qū)域。表面附近的區(qū)域。 - 陰極過(guò)程陰極過(guò)程： 水化氫離子

5、脫掉水分子，成為氫離子；水化氫離子脫掉水分子，成為氫離子； 氫離子在電極表面獲得電子，成為氫原子；氫離子在電極表面獲得電子，成為氫原子； 氫原子復(fù)合成氫分子；氫分子形成氣泡。氫原子復(fù)合成氫分子；氫分子形成氣泡。7四、電化學(xué)加工中的基本規(guī)律四、電化學(xué)加工中的基本規(guī)律 1、電化學(xué)當(dāng)量電化學(xué)當(dāng)量 定義：定義： 單位時(shí)間內(nèi)去除的金屬量。單位時(shí)間內(nèi)去除的金屬量。 法拉第電解定律：法拉第電解定律： W=KQ=KIt W金屬的溶解量；金屬的溶解量； K金屬的電化學(xué)當(dāng)量，與材料有關(guān)；金屬的電化學(xué)當(dāng)量，與材料有關(guān)； Q電量，與電流密度有關(guān)。電量，與電流密度有關(guān)。 I電流強(qiáng)度；電流強(qiáng)度； t通電時(shí)間。通電時(shí)間。2

6、、加工速度、加工速度1）體積加工速度）體積加工速度 W=KIt V=W/=K /It Vv=V/t= I 2）深度加工速度）深度加工速度 V=AhVL =h/t=V/(At)=I t/(At)= Io 在電解加上過(guò)程中，當(dāng)電解液和被在電解加上過(guò)程中，當(dāng)電解液和被加工材料選定后，加工速度與電流加工材料選定后，加工速度與電流密度成正比，要提高加工速度，可密度成正比，要提高加工速度，可增加電流密度。增加電流密度。93、加工間隙加工間隙： 存在的必要性：存在的必要性： 電解過(guò)程，電解液流動(dòng)。電解過(guò)程，電解液流動(dòng)。 影響生產(chǎn)率：影響生產(chǎn)率： 電極間隙越小，電流密度越大，蝕除速度越電極間隙越小，電流密度越

7、大，蝕除速度越快。快。 影響工件精度：影響工件精度： 電極形狀電極形狀 + 均勻間隙均勻間隙 陰極電極不動(dòng)，蝕除速度與加工間隙之間的陰極電極不動(dòng)，蝕除速度與加工間隙之間的關(guān)系。關(guān)系。 10（1）端面平衡間隙：）端面平衡間隙：b 保持不變時(shí)的間隙。保持不變時(shí)的間隙。 工件的蝕除工件的蝕除速度速度 = 陰極的進(jìn)給速度陰極的進(jìn)給速度 11（3）側(cè)面間隙）側(cè)面間隙：a)側(cè)面不絕緣側(cè)面不絕緣 b)側(cè)面絕緣側(cè)面絕緣13（6）影響加工間隙的其它因素影響加工間隙的其它因素： 電流效率；電流效率； 工具形狀等影響電流密度的均勻性；工具形狀等影響電流密度的均勻性； 電解液的流動(dòng)性。電解液的流動(dòng)性。14第二節(jié)、第二

8、節(jié)、電解液電解液- 作用作用： 導(dǎo)電介質(zhì)、進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)、帶走電蝕物和熱量。導(dǎo)電介質(zhì)、進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)、帶走電蝕物和熱量。 一、一、 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)：導(dǎo)電率、濃度、溫度、粘性、導(dǎo)電率、濃度、溫度、粘性、PH值值 價(jià)格低廉價(jià)格低廉二、電解液的特性二、電解液的特性1、雜散腐蝕、雜散腐蝕2、電流效率、電流效率3、加工速度的非線性、加工速度的非線性 三、電解液的種類及選用電解液的種類及選用（1）酸性電解液 HCI HNO3 H2SO4 水溶液（2）堿性電解液 NaOH KOH水溶液（1）中性鹽電解液 氯化鈉、硝酸鈉、氯酸鈉四、電解液參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響電解液參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響 在一定條件下，

9、電解液的濃度越大，溫度越在一定條件下，電解液的濃度越大，溫度越高，其導(dǎo)電率越高，腐蝕能力也越強(qiáng)，可達(dá)到的高，其導(dǎo)電率越高，腐蝕能力也越強(qiáng)，可達(dá)到的電流密度越高，因此，生產(chǎn)率就越高。電流密度越高，因此，生產(chǎn)率就越高。16五、五、電解液的流速和流向電解液的流速和流向 - 電解液的流向、出水口電解液的流向、出水口：第三節(jié)、電解加工參數(shù)和加工精度電解加工參數(shù)和加工精度一、復(fù)制精度與加工參數(shù)的關(guān)系 復(fù)制精度主要由加工時(shí)達(dá)到的平衡間隙所決定。間隙越小，復(fù)制精度越高。 工件形狀、電解液流向、流程、流速、電流密度、進(jìn)給速度都影響平衡間隙。二、重復(fù)精度與加工參數(shù)的關(guān)系1、電解液的導(dǎo)電率2、間隙電壓對(duì)重復(fù)精度的影

10、響3、進(jìn)給速度對(duì)重復(fù)精度的影響4、間隙內(nèi)電解液流速對(duì)重復(fù)精度的影響193、表面質(zhì)量與加工參數(shù)的關(guān)系、表面質(zhì)量與加工參數(shù)的關(guān)系1、加工參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響、加工參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響 工件材料、金相組織、熱處理狀態(tài)影響。改善表面質(zhì)量還工件材料、金相組織、熱處理狀態(tài)影響。改善表面質(zhì)量還有：有： 1）小間隙高電流；）小間隙高電流；2）小間隙高電壓、低濃度；）小間隙高電壓、低濃度；3）適當(dāng)）適當(dāng)電解液流速、流場(chǎng)；電解液流速、流場(chǎng)；4）適當(dāng)溫度；）適當(dāng)溫度；5）與工件材料適應(yīng)的）與工件材料適應(yīng)的電解液電解液2、加工參數(shù)對(duì)表面物理化學(xué)性能的影響、加工參數(shù)對(duì)表面物理化學(xué)性能的影響包括：晶間腐蝕、選擇性腐蝕

11、、點(diǎn)蝕、顯微裂紋、流紋、包括：晶間腐蝕、選擇性腐蝕、點(diǎn)蝕、顯微裂紋、流紋、亮點(diǎn)等亮點(diǎn)等 首先與工件材料及晶間組織有關(guān)首先與工件材料及晶間組織有關(guān)20第五節(jié)、電解加工設(shè)備一、機(jī)床本體一、機(jī)床本體1、基本要求1）機(jī)床剛性2）進(jìn)給速度平穩(wěn)性3）防腐絕緣性4）安全措施2、機(jī)床類型及設(shè)計(jì)要點(diǎn)23第六節(jié)、電解加工工藝一、型孔加工二、型腔加工使用成形陰極對(duì)復(fù)雜型腔一次成型效率高三、型面加工四、去毛刺和倒圓五、電解拋光影響拋光質(zhì)量因素影響拋光質(zhì)量因素1）電解液成分、）電解液成分、濃度（表濃度（表6-9）2）陽(yáng)極電位陽(yáng)極）陽(yáng)極電位陽(yáng)極電流密度電流密度3）電解液溫度和）電解液溫度和攪拌攪拌4）金屬原始條件）金屬原

12、始條件第七節(jié)、電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工 電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工是由電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用和機(jī)械加電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工是由電化學(xué)陽(yáng)極溶解作用和機(jī)械加工作用結(jié)合起來(lái)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行加工的復(fù)合工藝技術(shù)工作用結(jié)合起來(lái)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行加工的復(fù)合工藝技術(shù)一、電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工的分類一、電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工的分類 從機(jī)械工藝角度分：從機(jī)械工藝角度分：電解磨削、電解研磨、電解珩磨、電化學(xué)超聲加工、電解磨削、電解研磨、電解珩磨、電化學(xué)超聲加工、電化學(xué)砂帶磨削、電化學(xué)復(fù)合拋光、高精度化學(xué)機(jī)械工。電化學(xué)砂帶磨削、電化學(xué)復(fù)合拋光、高精度化學(xué)機(jī)械工。 按電極設(shè)置方式分：按電極設(shè)置方式分：o復(fù)合法復(fù)合法o中間電極法中間電極法30二、電

13、化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工的特點(diǎn)二、電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工的特點(diǎn)- 特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）加工范圍廣；生產(chǎn)效率高，比機(jī)械磨削高的加）加工范圍廣；生產(chǎn)效率高，比機(jī)械磨削高的加工速度。（效率工速度。（效率3-5倍）倍） （2）比電解加工高的加工精度和表面粗糙度（切削）比電解加工高的加工精度和表面粗糙度（切削力、熱影響小，高原型表面）（力、熱影響小，高原型表面）（Ra0.16um），），（3）較小的砂輪磨損（）較小的砂輪磨損（1/5-1/10)；（4）控制條件好）控制條件好 （5）成本低）成本低 難以獲得鋒利的工件刃口；難以獲得鋒利的工件刃口； 設(shè)備需要防腐措施、排氣裝置。設(shè)備需要防腐措施、排氣裝置。 31三、常用電化

14、學(xué)機(jī)械復(fù)合加工介紹1、電解磨削、電解磨削 （1）原理原理：電化學(xué)（電解腐蝕）：電化學(xué)（電解腐蝕） + 機(jī)械加工（機(jī)械磨削）機(jī)械加工（機(jī)械磨削）砂輪必須含有磨粒又導(dǎo)電砂輪必須含有磨粒又導(dǎo)電常用有銅基砂輪（反接）、常用有銅基砂輪（反接）、石墨基砂輪（電火花功效）石墨基砂輪（電火花功效）用金剛石磨粒（間隙穩(wěn)定、用金剛石磨粒（間隙穩(wěn)定、硬度高。硬度高。32中極法電解磨削中極法電解磨削應(yīng)用應(yīng)用 硬質(zhì)合金刀具；硬質(zhì)合金刀具； 硬質(zhì)合金軋輥；硬質(zhì)合金軋輥； 電解珩磨；電解珩磨； 電解研磨。電解研磨。不需導(dǎo)電砂輪不需導(dǎo)電砂輪33（2）影響生產(chǎn)率的因素影響生產(chǎn)率的因素 工件材料的電化學(xué)當(dāng)量；工件材料的電化學(xué)當(dāng)量

15、； 電流密度；電流密度； 陰極砂輪與工件間的導(dǎo)電面積；陰極砂輪與工件間的導(dǎo)電面積； 磨削壓力。磨削壓力。 （3）影響加工精度的因素影響加工精度的因素- 加工精度加工精度 電解液：表面鈍化膜的性質(zhì)；電解液：表面鈍化膜的性質(zhì)； 磨粒軌跡；工件材料性質(zhì)；磨粒軌跡；工件材料性質(zhì)； 機(jī)械因素：機(jī)床精度等。機(jī)械因素：機(jī)床精度等。- 表面粗糙度表面粗糙度 電參數(shù)：電壓低、電流小，電參數(shù)：電壓低、電流小， （520V，101000A）有利于提高表面粗糙度。有利于提高表面粗糙度。 電解液；工件材料性質(zhì)；電解液；工件材料性質(zhì)； 機(jī)械因素：機(jī)械因素： 機(jī)床精度、磨料粒度等。機(jī)床精度、磨料粒度等。35（4 4）電解磨

16、削的）電解磨削的應(yīng)用應(yīng)用硬質(zhì)合金刀具；硬質(zhì)合金刀具；硬質(zhì)合金軋輥；硬質(zhì)合金軋輥；深小孔；深小孔；薄筒；薄筒；細(xì)長(zhǎng)桿；細(xì)長(zhǎng)桿；電解珩磨；電解珩磨；電解研磨。電解研磨。 例：硬質(zhì)合金成形車刀例：硬質(zhì)合金成形車刀 Ra0.06um，磨削效率提高，磨削效率提高2-3倍。倍。2、電解研磨、電解研磨o電解液的影響電解液的影響o加工電壓和電流密加工電壓和電流密度的影響度的影響o無(wú)紡布厚度、磨粒無(wú)紡布厚度、磨粒尺寸及含量尺寸及含量o工具陽(yáng)極轉(zhuǎn)速及工工具陽(yáng)極轉(zhuǎn)速及工作液送進(jìn)速度作液送進(jìn)速度o工具陽(yáng)極與工件之工具陽(yáng)極與工件之間的壓力。間的壓力。（1 1）影響）影響（2 2）電解研磨的應(yīng)用電解研磨的應(yīng)用拋光模具及拋

17、光模具及不銹鋼容器不銹鋼容器3、電解珩磨、電解珩磨電解珩磨適合普通珩磨難以加工的高硬度、高電解珩磨適合普通珩磨難以加工的高硬度、高強(qiáng)度和容易變形的精密零件的孔及精修內(nèi)表面強(qiáng)度和容易變形的精密零件的孔及精修內(nèi)表面第八節(jié)、陰極沉積加工 利用電解液中的金屬正離子在外加電場(chǎng)的作用下沉積到陰極的利用電解液中的金屬正離子在外加電場(chǎng)的作用下沉積到陰極的過(guò)程對(duì)工件進(jìn)行加工的方法，屬于電鍍工藝范疇。過(guò)程對(duì)工件進(jìn)行加工的方法，屬于電鍍工藝范疇。一、電鍍一、電鍍 1.鍍鉻鍍鉻 62HRC 2.鍍銅鍍銅 3. 鍍鎳鍍鎳 4. 鍍銀鍍銀 1、電鑄加工原理二、電鑄（1）高復(fù)制精度。電鑄件與原模的尺寸誤差0.25um（2）原模可永久性重復(fù)使用。（3）借助石膏、石蠟、環(huán)氧樹脂等作為原模材料，可把復(fù)雜零件的內(nèi)表面復(fù)制為外表面，或外表面復(fù)制為內(nèi)表面，然后在電鑄復(fù)制。（1）生產(chǎn)率低。 厚度0.02-0.5mm/h（2）原模制造技術(shù)要求高（3）有時(shí)存在一定的脫模困難2