電化學(xué)加工(ElectrochemicalMachiining簡(jiǎn)稱ECM)包括

1、第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工1電化學(xué)加工（電化學(xué)加工（Electrochemical Machiining 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱ECM），包括從工件上去除金屬的），包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類。涂覆加工兩大類。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工24.1 電化學(xué)加工原理及分類電化學(xué)加工原理及分類4.2 電解加工電解加工4.3 電解磨削電解磨削4.4 電鑄、涂鍍及復(fù)合加工電鑄、涂鍍及復(fù)合加工第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工34.1 電化學(xué)加工原理及分類電化學(xué)加工原理及分類一、一、 電化學(xué)加工的

2、基本原理電化學(xué)加工的基本原理（一）. 電化學(xué)加工的過(guò)程圖1所示為電化學(xué)加工的原理。兩片金屬銅(Cu)板浸在導(dǎo)電溶液，例如氯化銅(CuCl2)的水溶液中，此時(shí)水(H2O)離解為氫氧根負(fù)離子OH和氫正離子H+，CuCl2離解為兩個(gè)氯負(fù)離子2Cl和二價(jià)銅正離子Cu2+。當(dāng)兩個(gè)銅片接上直流電形成導(dǎo)電通路時(shí)，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過(guò)，在金屬片(電極)和溶液的界面上就會(huì)有交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。溶液中的離子將作定向移動(dòng)，Cu2+正離子移向陰極，在陰極上得到電子而進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅。 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工4在陽(yáng)極表面Cu原子失掉電子而成為Cu2+正離子進(jìn)入溶液。溶液中正、負(fù)離子的定向

3、移動(dòng)稱溶液中正、負(fù)離子的定向移動(dòng)稱為電荷遷移。在陽(yáng)、陰電極表面發(fā)生得為電荷遷移。在陽(yáng)、陰電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng)。這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)金屬進(jìn)行加工(圖4-1中陽(yáng)極上為電解蝕除，陰極上為電鍍沉積，常用以提煉純銅)的方法即電化學(xué)加工。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工5圖4-1 電解(電鍍)液中的電化學(xué)反應(yīng)ieei211陽(yáng)極；2陰極OHClHCu2第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工6（二）（二） 電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液電解質(zhì)：電解質(zhì)：溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)。分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。電解液：電解液：電解質(zhì)的水溶液。溶液中正負(fù)離子的電荷相等，所以整個(gè)

4、溶液保持電的中性。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工7（三）（三）.電極電位電極電位在電解質(zhì)溶液中，活潑金屬表面帶負(fù)電，溶液帶正電，形成雙電層。由于雙電層的存在，在金屬和它的鹽溶液之間形成電位差，成為金屬的電極電位電極電位，由于它在金屬和其鹽溶液中的溶解和沉積相平衡時(shí)的電位差，又稱為平衡電極平衡電極電位。電位。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工8第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工9第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工10（四） 電極的極化極化現(xiàn)象極化現(xiàn)象：當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，電極的平衡狀態(tài)遭到破壞，陽(yáng)極的電極電位正移，陰極的電極電位負(fù)移。 超電位超電位：極化后的極電位和平衡電位的差值。濃差極化濃差極

5、化電化學(xué)極化電化學(xué)極化第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工11（五）（五） 金屬的鈍化和活化金屬的鈍化和活化鈍化使金屬陽(yáng)極溶解過(guò)程的超電位升高，鈍化使金屬陽(yáng)極溶解過(guò)程的超電位升高，使電解速度減慢。使電解速度減慢?；罨菏菇饘倌て茐牡倪^(guò)程稱為活化?；罨菏菇饘倌て茐牡倪^(guò)程稱為活化。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工12二二. 電化學(xué)加工分類電化學(xué)加工分類1.利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解進(jìn)行加工：電解加工、電解拋光等；2.利用化學(xué)陰極沉積、涂覆進(jìn)行加工：電鍍、涂鍍、電鑄等；3.利用電化學(xué)加工和其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工：電解磨削等。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工13表4-1 電化學(xué)加工分類類別 加

6、工方法及原理 應(yīng) 用 電解加工(陽(yáng)極溶解) 電化學(xué)拋光(陽(yáng)極溶解) 用于形狀尺寸加工 用于表面加工 電鍍(陰極沉積) 電鑄(陰極沉積) 用于表面加工 用于形狀尺寸加工 電極磨削(陽(yáng)極溶解、機(jī)械磨削) 電解放電加工(陽(yáng)極溶解、電火花蝕除) 用于形狀尺寸加工 用于形狀尺寸加工 電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的扭曲葉片，汽輪機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的扭曲葉片，炮筒內(nèi)管的螺旋“膛線”(來(lái)復(fù)線)，齒輪、液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔、拋光等。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工14一、電解加工過(guò)程及其特點(diǎn)一、電解加工過(guò)程及其特點(diǎn)

7、電解加工（電解加工（electrochemical machiningelectrochemical machining，ECMECM）是利用）是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解反應(yīng)而去除工件上多余金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解反應(yīng)而去除工件上多余的材料、將零件加工成形的一種方法。的材料、將零件加工成形的一種方法。 4.2電解加工電解加工第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工151-直流電源 2-工具陰極 3-工件陽(yáng)極4-電解液泵 5-電解液加工時(shí)，工件接電源正極（陽(yáng)極），按一定形狀要求制成的工具接負(fù)極（陰極），工具電極向工件緩慢進(jìn)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

8、在間隙中間通以高速（550m/s）流動(dòng)的電解液。在工件與工具之間施加一定電壓，陽(yáng)極工件的金屬被逐漸電解蝕除，電解產(chǎn)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。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工16圖中的細(xì)豎線表示通過(guò)陽(yáng)極（工件）和陰極（工具）間的電圖中的細(xì)豎線表示通過(guò)陽(yáng)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(kāi)始時(shí)，工流。豎線的疏密程度表示電流密度的大小加工開(kāi)始時(shí)，工件陽(yáng)極與工具陰極的形狀不同，工件表面上的各點(diǎn)至工具件陽(yáng)極與工具陰極的形狀不同，工件表面上的各點(diǎn)至工具表面的距離不等，因而各點(diǎn)的電流密度不等。表面的距離不等，因而各點(diǎn)的電流密度不等。陽(yáng)

9、極與陰極距離較近的地方通過(guò)的電流密度較大，電解液的陽(yáng)極與陰極距離較近的地方通過(guò)的電流密度較大，電解液的流速也較高，陽(yáng)極溶解的速度也就較快，而距離較遠(yuǎn)的地流速也較高，陽(yáng)極溶解的速度也就較快，而距離較遠(yuǎn)的地方，電流密度就小，陽(yáng)極溶解就慢。由于工具相對(duì)工件不方，電流密度就小，陽(yáng)極溶解就慢。由于工具相對(duì)工件不斷進(jìn)給，工件表面上各點(diǎn)就以不同的溶解速度進(jìn)行溶解，斷進(jìn)給，工件表面上各點(diǎn)就以不同的溶解速度進(jìn)行溶解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，直至工件表面形成與工具表電解產(chǎn)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。面基本相似的形狀為止。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工17） 加工范圍廣加

10、工范圍廣 ： 不受材料本身強(qiáng)度、硬度和韌性的限制，不受材料本身強(qiáng)度、硬度和韌性的限制，可加工高強(qiáng)度、高硬度和高韌性等難切削的金屬材料，如淬火鋼、鈦合金、可加工高強(qiáng)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(zhì)合金、不銹鋼、耐熱合金，可加工葉片、花鍵孔、炮管膛線、鍛模等硬質(zhì)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(fù)雜的三維型面，以及薄壁、異形零件等。各種復(fù)雜的三維型面，以及薄壁、異形零件等。2 2）生產(chǎn)效率高：）生產(chǎn)效率高：約為電火花加工的約為電火花加工的5 51010倍以上，在某些情況下比切倍以上，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

11、工質(zhì)量的限制，故一般適削加工的生產(chǎn)率還高。且加工生產(chǎn)率不直接受加工質(zhì)量的限制，故一般適宜于大批量零件的加工。宜于大批量零件的加工。3 3）表面質(zhì)量好：）表面質(zhì)量好：加工中無(wú)切削力和切削熱的作用，所以不產(chǎn)生由此加工中無(wú)切削力和切削熱的作用，所以不產(chǎn)生由此引起的變形和殘余應(yīng)力、加工硬化、毛刺、飛邊、刀痕等，可以達(dá)到較低引起的變形和殘余應(yīng)力、加工硬化、毛刺、飛邊、刀痕等，可以達(dá)到較低的表面粗糙度（的表面粗糙度（Ra1.25Ra1.250.2m0.2m）和）和0.1mm0.1mm左右的平均加工精度。電解微左右的平均加工精度。電解微細(xì)加工鋼材的精度可達(dá)細(xì)加工鋼材的精度可達(dá)101070m70m。適合于加工

12、易變形或薄壁零件。適合于加工易變形或薄壁零件。4 4）加工過(guò)程中工具電極理論上無(wú)損耗，可長(zhǎng)期使用加工過(guò)程中工具電極理論上無(wú)損耗，可長(zhǎng)期使用。因?yàn)楣ぞ哧帢O材料本身不參與電極反應(yīng)，其表面僅產(chǎn)生析氫反應(yīng)，同時(shí)工因?yàn)楣ぞ哧帢O材料本身不參與電極反應(yīng)，其表面僅產(chǎn)生析氫反應(yīng)，同時(shí)工具材料又是抗腐蝕性良好的不銹鋼或黃銅等，所以除產(chǎn)生火花短路等特殊具材料又是抗腐蝕性良好的不銹鋼或黃銅等，所以除產(chǎn)生火花短路等特殊情況外，工具陰極基本上沒(méi)有損耗。情況外，工具陰極基本上沒(méi)有損耗。電解加工的特點(diǎn)電解加工的特點(diǎn)第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工18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。 原

13、因：影響間隙電場(chǎng)和流場(chǎng)穩(wěn)定性的參數(shù)多，難控制。原因：影響間隙電場(chǎng)和流場(chǎng)穩(wěn)定性的參數(shù)多，難控制。 陰極設(shè)計(jì)制造困難，精度難保證。陰極設(shè)計(jì)制造困難，精度難保證。附屬設(shè)備多，占地面積大，機(jī)床要有足夠的附屬設(shè)備多，占地面積大，機(jī)床要有足夠的剛度和防腐性能。造價(jià)高，一次性投資大剛度和防腐性能。造價(jià)高，一次性投資大。電極工具的設(shè)計(jì)修正比較麻煩，難適于單件電極工具的設(shè)計(jì)修正比較麻煩，難適于單件生產(chǎn)。生產(chǎn)。電解液要妥善處理。電解液要妥善處理。電解加工缺點(diǎn)和局限性電解加工缺點(diǎn)和局限性第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工19電解加工的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都很突出，關(guān)于正確選擇電解加電解加工的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都很突出，關(guān)于正確選擇電

14、解加工工藝，我國(guó)專家提出了三原則：工工藝，我國(guó)專家提出了三原則： 適于加工難加工材料適于加工難加工材料 適于加工相對(duì)復(fù)雜零件的加工適于加工相對(duì)復(fù)雜零件的加工 適于大批量另加加工。適于大批量另加加工。同時(shí)滿足，可考慮使用電解加工。同時(shí)滿足，可考慮使用電解加工。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工20二、電解加工的電極反應(yīng)二、電解加工的電極反應(yīng)陽(yáng)極處，電極電位最負(fù)的先反應(yīng)。陽(yáng)極處，電極電位最負(fù)的先反應(yīng)。陰極處，電極電位最正的先反應(yīng)。陰極處，電極電位最正的先反應(yīng)。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工21例 鋼在NaCl水溶液中電解加工的電極反應(yīng) 陽(yáng)極反應(yīng)陽(yáng)極反應(yīng) FeFe2e Fe2e Fe+2 +2

15、E E0 0=-0.59V=-0.59VFeFe3e Fe3e Fe+3+3 E E0 0=-0.323V=-0.323V 4OH4OH- -4e O4e O2 2+2H+2H2 2O O E E0 0=0.867V=0.867V 2CL2CL- -2e CL2e CL2 2 E E0 0=1.334V=1.334V 可見(jiàn)，可見(jiàn)，F(xiàn)e Fe 失去電子的反應(yīng)先進(jìn)行。但不可能產(chǎn)生三價(jià)鐵離子和氣體。失去電子的反應(yīng)先進(jìn)行。但不可能產(chǎn)生三價(jià)鐵離子和氣體。FeFe+2+2+2OH+2OH- - Fe Fe（OHOH）2 2 （墨綠色的絮狀物（墨綠色的絮狀物 ）沉淀為沉淀為 4Fe4Fe（OHOH）2 2+

16、2H+2H2 2O+OO+O2 2 4Fe 4Fe（OHOH）3 3 （黃褐色沉淀）（黃褐色沉淀） 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工22 陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) 按可能性為按可能性為2H2H+ +2e H+2e H2 2 E E0 0=-0.42V=-0.42V NaNa+ +e+e Na Na E E0 0=-2.69V=-2.69V按照電極反應(yīng)的基本原理，電極電位最正的粒子將首先按照電極反應(yīng)的基本原理，電極電位最正的粒子將首先在陰極反應(yīng)。因此，在陰極上只會(huì)析出氫氣，而不可在陰極反應(yīng)。因此，在陰極上只會(huì)析出氫氣，而不可能沉淀出鈉。能沉淀出鈉。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工23電解加工過(guò)程中，

17、由于水的分解消耗，電解液的濃度逐電解加工過(guò)程中，由于水的分解消耗，電解液的濃度逐漸變大。而電解液中的漸變大。而電解液中的ClCl- -和和NaNa+ +僅起導(dǎo)電作用，本身并僅起導(dǎo)電作用，本身并不消耗，因此對(duì)于不消耗，因此對(duì)于NaClNaCl電解液，只要過(guò)濾干凈，適當(dāng)電解液，只要過(guò)濾干凈，適當(dāng)添加水分，就可長(zhǎng)期使用。添加水分，就可長(zhǎng)期使用。工具也可長(zhǎng)期使用。工具也可長(zhǎng)期使用。 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工24三、電解液三、電解液如何正確選用電解液很重要，否則不會(huì)得到滿意的加工結(jié)果，有時(shí)配方保密。（一）電解液作用：（一）電解液作用：作為介質(zhì)傳遞電流作為介質(zhì)傳遞電流在電場(chǎng)作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)

18、極溶解在電場(chǎng)作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極溶解帶走加工產(chǎn)物，散熱，冷卻帶走加工產(chǎn)物，散熱，冷卻第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工25對(duì)電解液要求：對(duì)電解液要求：具有足夠的蝕除速度，即較高的生產(chǎn)率。具有足夠的蝕除速度，即較高的生產(chǎn)率。有較高的加工精度和表面質(zhì)量。有較高的加工精度和表面質(zhì)量。陽(yáng)極反應(yīng)為不容向化合物。陽(yáng)極反應(yīng)為不容向化合物。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工26（二）電解液分類：（二）電解液分類： 電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液、堿性溶電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液、堿性溶液三大類。中性鹽溶液的腐蝕性小，使用時(shí)較安全，液三大類。中性鹽溶液的腐蝕性小，使用時(shí)較安全，故應(yīng)用最普遍。最常用的

19、有故應(yīng)用最普遍。最常用的有NaClNaCl、NaNONaNO3 3和和NaClONaClO3 3三三種電解液。種電解液。NaClNaCl：生產(chǎn)率高，成本低，安全，加工精度低。：生產(chǎn)率高，成本低，安全，加工精度低。NaNONaNO3 3：生產(chǎn)率低，成本高，加工精度高。：生產(chǎn)率低，成本高，加工精度高。NaClONaClO3 3：生產(chǎn)率前兩者中間，成本高，安全性差。：生產(chǎn)率前兩者中間，成本高，安全性差。電解液中使用添加劑可以改善電解液的性能。電解液中使用添加劑可以改善電解液的性能。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工27第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工28（三）電解液參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響（三）電解液

20、參數(shù)對(duì)加工過(guò)程的影響電解液濃度、溫度、電解液濃度、溫度、PH值、粘性對(duì)加工過(guò)程都值、粘性對(duì)加工過(guò)程都有影響。有影響。濃度越大、溫度越高、導(dǎo)電率高，腐蝕能力強(qiáng)。電解液溫度受夾具、絕緣材料等限制，一般不超過(guò)60攝氏度。電解液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度變化影響加工精度的穩(wěn)定性。電解液粘度影響間隙中電解液流動(dòng)特性。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工29（四）電解液的流速和流向（四）電解液的流速和流向電解液必須有足夠的流速，把電解產(chǎn)物沖走，帶走熱量。有正向流動(dòng)、反向流動(dòng)和橫向流動(dòng)。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工30（五）電解液出水口的布局（五）電解液出水口的布局出口水的流向和出水口的布局影響加工效果。第四章第四

21、章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工31四、電解加工的基本工藝規(guī)律四、電解加工的基本工藝規(guī)律電解加工生產(chǎn)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)去除金屬的量。電解加工生產(chǎn)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)去除金屬的量。影響因素：影響因素： 工件材料的電化學(xué)當(dāng)量工件材料的電化學(xué)當(dāng)量 電流密度電流密度 電解液電解液 其他參數(shù)其他參數(shù)（一）生產(chǎn)率及其影響因素（一）生產(chǎn)率及其影響因素第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工32（）電化學(xué)當(dāng)量對(duì)生產(chǎn)率的影響（）電化學(xué)當(dāng)量對(duì)生產(chǎn)率的影響 電化學(xué)當(dāng)量愈大，生產(chǎn)率愈高。實(shí)際電蝕量為電化學(xué)當(dāng)量愈大，生產(chǎn)率愈高。實(shí)際電蝕量為KItmItV第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工33（）電流密度對(duì)生產(chǎn)率的影響（）電流密度對(duì)生產(chǎn)率的影響

22、 電流密度越高，生產(chǎn)率越高，但在增加電流密度電流密度越高，生產(chǎn)率越高，但在增加電流密度的同時(shí)，電壓也隨著增高，因此應(yīng)以不擊穿加的同時(shí)，電壓也隨著增高，因此應(yīng)以不擊穿加工間隙、引起火花放電、造成局部短路。工間隙、引起火花放電、造成局部短路。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工34（）加工間隙對(duì)生產(chǎn)率的影響（）加工間隙對(duì)生產(chǎn)率的影響 加工間隙越小，電解液的電阻越加工間隙越小，電解液的電阻越小，電流密度越大，蝕除速度小，電流密度越大，蝕除速度也就越高。也就越高。但間隙太小會(huì)引起火花放電或間但間隙太小會(huì)引起火花放電或間隙通道內(nèi)電解液流動(dòng)受阻、蝕隙通道內(nèi)電解液流動(dòng)受阻、蝕除物排除不暢，以至產(chǎn)生局部除物排除

23、不暢，以至產(chǎn)生局部短路，反而使生產(chǎn)率下降，因短路，反而使生產(chǎn)率下降，因此間隙較小時(shí)應(yīng)加大電解液的此間隙較小時(shí)應(yīng)加大電解液的流速和壓力。流速和壓力。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工35此外電源電壓、電解液種類、工件材料的化學(xué)成此外電源電壓、電解液種類、工件材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)都對(duì)生產(chǎn)率有影響。分和組織結(jié)構(gòu)都對(duì)生產(chǎn)率有影響。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工36（二）（二）. 精度成型規(guī)律精度成型規(guī)律1端面平衡間隙端面平衡間隙2法向平衡間隙法向平衡間隙3側(cè)面平衡間隙側(cè)面平衡間隙4平衡間隙理論的應(yīng)用平衡間隙理論的應(yīng)用5影響加工間隙的其他因素：電流效率、工具形影響加工間隙的其他因素：電流效率、工

24、具形狀、電解液流向、電源電壓波動(dòng)狀、電解液流向、電源電壓波動(dòng)第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工371端面平衡間隙：垂直進(jìn)給方向，加工過(guò)程達(dá)到端面平衡間隙：垂直進(jìn)給方向，加工過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定時(shí)陰極端面和工件間的間隙。穩(wěn)定時(shí)陰極端面和工件間的間隙。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工382法向平衡間隙法向平衡間隙當(dāng)工件端面和進(jìn)給方向不垂當(dāng)工件端面和進(jìn)給方向不垂直時(shí)，端面法線方向的間隙直時(shí)，端面法線方向的間隙可表示為可表示為可見(jiàn)法向間隙大于端面平衡間隙?？梢?jiàn)法向間隙大于端面平衡間隙。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工393側(cè)面平衡間隙側(cè)面平衡間隙第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工404平衡間隙理論的應(yīng)用平

25、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2）設(shè)計(jì)電極時(shí)計(jì)算陰極尺寸和修正量3）分析加工精度4）選擇加工參數(shù)。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工41（三）（三）.表面質(zhì)量表面質(zhì)量影響表面質(zhì)量的主要因素影響表面質(zhì)量的主要因素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)量影響很大。工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量影響很大。3)陰極表面表面質(zhì)量。陰極表面表面質(zhì)量。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工42五、提高加工精度的主要措施如下：（）脈沖電流電解加工（）脈沖電流電解加工 （）小間隙電解加工（）小間隙電解

26、加工 （）改進(jìn)電解液（）改進(jìn)電解液 （）混氣電解加工（）混氣電解加工第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工43六六. 電解加工設(shè)備電解加工設(shè)備電解加工的基本設(shè)備包括直流電源、機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分。1) 直流電源直流電源電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工44分 類 特 點(diǎn) 應(yīng)用場(chǎng)合 硅整流電源 1可靠性、穩(wěn)定性好； 2調(diào)節(jié)靈敏度較低； 3穩(wěn)壓精度不高 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)占一定比例 晶閘管電源 1靈敏度高，穩(wěn)壓精度高； 2效率高，節(jié)省金屬材料； 3穩(wěn)定性、可靠性較差 國(guó)外生產(chǎn)中普遍采用，也占相當(dāng)比例 表 直流電源的特點(diǎn)及應(yīng)用第四章第四章 電化學(xué)加工電化

27、學(xué)加工452) 機(jī)床要求機(jī)床要有足夠的剛性；要保證進(jìn)給系機(jī)床要有足夠的剛性；要保證進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性統(tǒng)的穩(wěn)定性，要有好的防腐措施和安全措施要有好的防腐措施和安全措施。 電解加工機(jī)床多采用伺服電極或直流電極無(wú)級(jí)調(diào)速進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工463) 電解液系統(tǒng)電解液系統(tǒng)組成有泵、電解液槽、過(guò)濾裝置、管道和閥。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工471 1 深孔擴(kuò)孔加工深孔擴(kuò)孔加工深徑比大于深徑比大于5 5的深孔，用傳統(tǒng)切削加工方法加工，刀具磨損嚴(yán)重，表的深孔，用傳統(tǒng)切削加工方法加工，刀具磨損嚴(yán)重，表面質(zhì)量差，加工效率低。目前采用電解加工方法加工面質(zhì)量差，加工效率低。目前

28、采用電解加工方法加工4 42000mm2000mm、1001008000mm8000mm的深孔，加工精度高，表面粗糙度的深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生產(chǎn)率高。電解加工深孔，按工具陰極的運(yùn)動(dòng)方式可分為固低，生產(chǎn)率高。電解加工深孔，按工具陰極的運(yùn)動(dòng)方式可分為固定式和移動(dòng)式兩種。定式和移動(dòng)式兩種。七、電解加工工藝及其應(yīng)用七、電解加工工藝及其應(yīng)用第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工48第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工492型孔加工型孔加工對(duì)形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、對(duì)形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、六方、橢圓等通孔和不通孔六方、橢圓等通孔和不通孔采用電解加工可以提高生產(chǎn)采用電解加工可以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)

29、量。采用端面進(jìn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。采用端面進(jìn)給法，為了避免錐度，陰極給法，為了避免錐度，陰極側(cè)面絕緣。側(cè)面絕緣。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工503.型腔加工用于鍛模。加工復(fù)雜型腔時(shí)，可在陰極對(duì)應(yīng)處開(kāi)增液孔或增液縫使得電解液流場(chǎng)均勻，避免短路燒傷現(xiàn)象。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工514.套料加工用于加工等截面的大面積異型孔或用于等截面薄型零件下料。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工525 5葉片加工葉片加工渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器、汽輪機(jī)等的葉片，葉身型面形狀比較復(fù)雜、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器、汽輪機(jī)等的葉片，葉身型面形狀比較復(fù)雜、要求精度高，加工批量大，采用機(jī)械加工難度大，生產(chǎn)率低，加要求精度高，加

30、工批量大，采用機(jī)械加工難度大，生產(chǎn)率低，加工周期長(zhǎng)，而采用電解加工則不受葉片材料硬度和韌性的限制，工周期長(zhǎng)，而采用電解加工則不受葉片材料硬度和韌性的限制，在一次行程中就可加工出復(fù)雜的葉身型面，生產(chǎn)率高，表面粗糙在一次行程中就可加工出復(fù)雜的葉身型面，生產(chǎn)率高，表面粗糙度小，電解加工整體葉輪在我國(guó)已得到普遍應(yīng)用。度小，電解加工整體葉輪在我國(guó)已得到普遍應(yīng)用。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工53如圖所示。葉輪上的葉片是采用套料法逐個(gè)加工的。加工完一個(gè)葉片，退出陰極，分度后再加工下一個(gè)葉片。在采用電解加工以前，加工葉片是經(jīng)精密鍛造、機(jī)械加工、拋光后鑲到葉輪輪緣的槽中，再焊接而成，加工量大，周期長(zhǎng)，而且

31、質(zhì)量不易保證。電解加工整體葉輪，只要把葉輪坯加工好后，直接在輪坯上加工葉片，加工周期大大縮短，葉輪強(qiáng)度高，質(zhì)量好。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工546 6電解倒棱去毛刺電解倒棱去毛刺機(jī)械加工中去毛刺的工作量很大，尤其是去除硬而韌的金機(jī)械加工中去毛刺的工作量很大，尤其是去除硬而韌的金屬毛刺，需要很多的人力，電解倒棱去毛刺可以大大屬毛刺，需要很多的人力，電解倒棱去毛刺可以大大提高工效。提高工效。左圖 是齒輪的電解去毛刺裝置。工件齒輪套在絕緣柱上，環(huán)形電極工具也靠絕緣柱定位安放在齒輪上而，保持約35mm間隙(根據(jù)毛刺大小而定)，電解液在陰極端部和齒輪的端面齒面間流陰極和工件問(wèn)通上20 v以上的電

32、壓(電壓高些間隙可大些)，約1min就可去除毛刺。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工55電解刻字時(shí)，字頭接陰極(見(jiàn)圖)，工件接陽(yáng)極，二者保持大約0.1mm的電解間隙，中間滴注少量的鈍化型電解液，在大約l一2s的時(shí)間內(nèi)完成工件表面的刻字工作。目前可以做到在金屬表面刻出黑色的印記，也可在經(jīng)過(guò)發(fā)藍(lán)處理的表面上刻出白色的印記。 利用同樣的原理，改變電解液成分并適當(dāng)延長(zhǎng)放電時(shí)間，就可實(shí)現(xiàn)在工件表面刻印花紋。7.電解刻字 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工568.電解拋光利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解對(duì)工件表面進(jìn)行腐蝕拋光，只是一種表面光整加工方法，用于改善工件表面粗糙度和物理力學(xué)性能，不對(duì)工件進(jìn)行形

33、狀和尺寸加工。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工57復(fù)合電解磨削是利用電解作用與機(jī)械磨削作用相結(jié)合而復(fù)合電解磨削是利用電解作用與機(jī)械磨削作用相結(jié)合而進(jìn)行加工的復(fù)合加工。進(jìn)行加工的復(fù)合加工。 一、復(fù)合電解磨削的基本原理一、復(fù)合電解磨削的基本原理復(fù)合電解磨削所用的陰極工具是含有磨粒的導(dǎo)電砂輪。復(fù)合電解磨削所用的陰極工具是含有磨粒的導(dǎo)電砂輪。電解磨削過(guò)程中，金屬主要是靠電化學(xué)作用腐蝕下來(lái)，電解磨削過(guò)程中，金屬主要是靠電化學(xué)作用腐蝕下來(lái)，導(dǎo)電砂輪起磨去電解產(chǎn)物陽(yáng)極鈍化膜和整平工件表面導(dǎo)電砂輪起磨去電解產(chǎn)物陽(yáng)極鈍化膜和整平工件表面的作用。的作用。4.3 電解磨削電解磨削第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工

34、58導(dǎo)電砂輪導(dǎo)電砂輪1 1與直流電源的陰極相聯(lián)，與直流電源的陰極相聯(lián)，被加工工件被加工工件2 2（硬質(zhì)合金車刀）（硬質(zhì)合金車刀）接陽(yáng)極，它在一定的壓力下與接陽(yáng)極，它在一定的壓力下與導(dǎo)電砂輪相接觸，加工區(qū)域中導(dǎo)電砂輪相接觸，加工區(qū)域中送入電解液送入電解液3 3，在電解和機(jī)械磨，在電解和機(jī)械磨削的雙重作用下，車刀的后刀削的雙重作用下，車刀的后刀面很快被磨光。面很快被磨光。 電解磨削原理圖電解磨削原理圖 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工59電流從工件電流從工件3 3通過(guò)電解液通過(guò)電解液5 5而流向磨輪，形成通路，而流向磨輪，形成通路，于是工件（陽(yáng)極）表面的金屬在電流和電解于是工件（陽(yáng)極）表面的金屬

35、在電流和電解液的作用下發(fā)生電解作用（電化學(xué)腐蝕），液的作用下發(fā)生電解作用（電化學(xué)腐蝕），被氧化成為一層極薄的氧化物或氫氧化物薄被氧化成為一層極薄的氧化物或氫氧化物薄膜膜4 4（陽(yáng)極薄膜）。但陽(yáng)極薄膜迅速被導(dǎo)電砂（陽(yáng)極薄膜）。但陽(yáng)極薄膜迅速被導(dǎo)電砂輪中磨粒刮除，在陽(yáng)極工件上又露出新的金輪中磨粒刮除，在陽(yáng)極工件上又露出新的金屬表面并被繼續(xù)電解。這樣電解作用和刮除屬表面并被繼續(xù)電解。這樣電解作用和刮除薄膜的磨削作用交替運(yùn)行，工件被連續(xù)加工，薄膜的磨削作用交替運(yùn)行，工件被連續(xù)加工，直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度。直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度。1磨料砂輪，2導(dǎo)電砂輪結(jié)合劑銅或石墨，3工件，4電

36、解產(chǎn)物（陽(yáng)極鈍化薄膜），5電解液 第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工60復(fù)合電解磨削的特點(diǎn) a a加工范圍廣、加工效率高加工范圍廣、加工效率高 由于電解作用和工程材料的機(jī)械性能關(guān)系不大，因此，由于電解作用和工程材料的機(jī)械性能關(guān)系不大，因此，只要選擇合適的電解液就可以用來(lái)加工任何高硬度、只要選擇合適的電解液就可以用來(lái)加工任何高硬度、高韌性的金屬材料。高韌性的金屬材料。加工硬質(zhì)合金時(shí)，與普通的金剛石砂輪磨削相比，電解加工硬質(zhì)合金時(shí)，與普通的金剛石砂輪磨削相比，電解磨削的加工效率要高磨削的加工效率要高3 35 5倍。倍。b b工件的加工精度和表面質(zhì)量高工件的加工精度和表面質(zhì)量高 由于砂輪只起刮除陽(yáng)極

37、薄膜的作用，磨削力和磨削熱都由于砂輪只起刮除陽(yáng)極薄膜的作用，磨削力和磨削熱都很小，不會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋和燒傷現(xiàn)象，因而能提高加很小，不會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋和燒傷現(xiàn)象，因而能提高加工表面質(zhì)量和加工精度，一般表面粗糙度可優(yōu)于工表面質(zhì)量和加工精度，一般表面粗糙度可優(yōu)于Ra0.16mRa0.16m。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工61c c砂輪的磨損量小砂輪的磨損量小 普通刃磨時(shí)，碳化硅砂輪磨削硬質(zhì)合金其磨損量為硬質(zhì)合金質(zhì)量的普通刃磨時(shí)，碳化硅砂輪磨削硬質(zhì)合金其磨損量為硬質(zhì)合金質(zhì)量的4 46 6倍，電解磨削時(shí)僅為硬質(zhì)合金切除量的倍，電解磨削時(shí)僅為硬質(zhì)合金切除量的50%50%100%100%；與普通；與普通金剛

38、石砂輪磨削相比，電解磨削砂輪的損耗速度僅為它們的金剛石砂輪磨削相比，電解磨削砂輪的損耗速度僅為它們的1/51/51/101/10，可顯著降低成本。，可顯著降低成本。采用電解磨削加工不僅比單純用金剛石砂輪磨削時(shí)效率提高采用電解磨削加工不僅比單純用金剛石砂輪磨削時(shí)效率提高2 23 3倍，倍，而且大大節(jié)省金剛石砂輪，一個(gè)金剛石導(dǎo)電砂輪可用而且大大節(jié)省金剛石砂輪，一個(gè)金剛石導(dǎo)電砂輪可用5 56 6年。年。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工62d d對(duì)機(jī)床、工具腐蝕相對(duì)較小對(duì)機(jī)床、工具腐蝕相對(duì)較小 由于電解磨削是靠砂輪磨粒來(lái)刮除具有一定硬度和粘度由于電解磨削是靠砂輪磨粒來(lái)刮除具有一定硬度和粘度的陽(yáng)極鈍化

39、膜，由此電解液中不能含有活化能力很強(qiáng)的陽(yáng)極鈍化膜，由此電解液中不能含有活化能力很強(qiáng)的活性離子（如的活性離子（如ClCl- -離子），一般使用腐蝕能力較弱的離子），一般使用腐蝕能力較弱的NaNO3NaNO3、NaNO2NaNO2等為主的電解液，以提高電解成形精度等為主的電解液，以提高電解成形精度和有利于機(jī)床、工具的防銹、防蝕。和有利于機(jī)床、工具的防銹、防蝕。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工63二、影響電解磨削生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素二、影響電解磨削生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素（一）影響生產(chǎn)率主要因素（一）影響生產(chǎn)率主要因素1.電化學(xué)當(dāng)量電化學(xué)當(dāng)量：用于電解磨削時(shí)有機(jī)械磨削作用的存在，節(jié)省了電解蝕除金屬

40、用的電能。2.電流密度電流密度：提高電流密度可以加速陽(yáng)極溶解。提高措施為提高工作電壓，縮小電極間隙，減小電解液電阻率，提高電解液溫度。3.磨輪與工件間的導(dǎo)電面積磨輪與工件間的導(dǎo)電面積。盡可能增大導(dǎo)電面積提高生產(chǎn)率。4磨削壓力磨削壓力。磨削壓力大生產(chǎn)率高，過(guò)大，容易引起磨料磨損或脫落。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工64（二）影響加工精度的因素（二）影響加工精度的因素1電解液：電解液：影響陽(yáng)極表面鈍化膜性質(zhì)，從而影響表面質(zhì)量。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3被加工材料性質(zhì)被加工材料性質(zhì)4機(jī)械因素：機(jī)械因素：機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)精度、夾具精度、磨輪精度等。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)

41、加工65（三）影響表面粗糙度的因素（三）影響表面粗糙度的因素1電參數(shù)：是主要因素。電參數(shù)：是主要因素。2電解液電解液3工件材料性質(zhì)工件材料性質(zhì)4機(jī)械因素機(jī)械因素第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工66三、電解磨削用電解液及設(shè)備三、電解磨削用電解液及設(shè)備1.電解液：電解液：針對(duì)要求亞硝酸鹽適于電解磨削。2.電解磨削設(shè)備：電解磨削設(shè)備：包括直流電源、電解液系統(tǒng)和電解磨床。電解磨床和一般磨床相仿。使用專門的導(dǎo)電砂輪。磨粒為燒結(jié)剛玉、白剛玉等，最常用金剛石導(dǎo)電砂輪。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工67四、復(fù)合電解磨削的應(yīng)用電解磨削由于集中了電解加工和機(jī)械磨削的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)電解磨削由于集中了電解加工和機(jī)械

42、磨削的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中經(jīng)常用來(lái)磨削一些高硬度材料的零件。如：各種硬中經(jīng)常用來(lái)磨削一些高硬度材料的零件。如：各種硬質(zhì)合金刀具、量具，擠壓拉絲模，軋輥等，普通磨削質(zhì)合金刀具、量具，擠壓拉絲模，軋輥等，普通磨削難以加工的小孔、深孔、薄壁筒、細(xì)長(zhǎng)桿件等。難以加工的小孔、深孔、薄壁筒、細(xì)長(zhǎng)桿件等。第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工68一、電鑄加工一、電鑄加工電鑄成型是利用電化學(xué)過(guò)程中的陰極沉積現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行成型加工的，即在原模上通過(guò)電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。但電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時(shí)要求得到與基體結(jié)合牢固的金屬鍍層，以達(dá)到防護(hù)、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠(yuǎn)大于電鍍層。 4.4電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工第四章第四章 電化學(xué)加工電化學(xué)加工69電鑄原理如圖所示，在直流電源的作用下，金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面。陽(yáng)極的金屬原子失去電子而成為正離子，源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中，