第六章特種加工電化學

1、1第六章第六章 電化學加工電化學加工o利用陽極在電解液中發(fā)生電化學作用對金屬進行成形加工。o分類： 1)陽極溶解陽極溶解： 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) 電化學復合加工電化學復合加工 電解磨削；電化學陽極機械加工。電解磨削；電化學陽極機械加工。2電化學加工的主要特點電化學加工的主要特點- 特點特點： 優(yōu)點：優(yōu)點： 不受工件硬度、強度的限制；不受工件硬度、強度的限制； 生產(chǎn)效率高，為電火花加工時的生產(chǎn)效率高，為電火花加工時的510倍；倍； 無殘余應力及變形；加工質(zhì)量無殘余應力及變形；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：缺點： 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； 工件為導電材料。工件為導電材料。 第一節(jié)第一節(jié)、電解加工的機理和、電解加工的機理和基本規(guī)律基本規(guī)律一、電解加工的特點和應用一、電解加工的特點和應用1）以簡單的直線運動一次加工出復雜的形腔2）可以加工高硬度、高強度和高韌性的材料3）加工過程中無切削力和切削熱4）加工后零件無毛刺和殘余應力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) 工件為導電材料。工件為導電材料。4二、電解加工的機理二、電解加工的機理 - 原理原理：電化學陽極溶解。：電化學陽極溶解。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)流過間隙。流過間隙。5三、金屬陽極溶解機理三、金屬陽極溶解機理( (略略) ) - 電化學加工過程電化學加工過程： 離子導體；離子導體； 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。生還原反應。 陽極陽極：負離子失去電子，發(fā)：負離子失去電子，發(fā)生氧化反應?；蛘?，陽極金生氧化

4、反應?；蛘?，陽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，進入液體。子，進入液體。 - 電化學反應電化學反應： 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。生的交換電子的反應。6 - 陽極過程陽極過程： 在外電場作用下，金屬原子克服金屬晶體的在外電場作用下，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合成為水化離子；金屬離子與水分子結合成為水化離子； 金屬水化離子從電極表面液層擴散，離開陽極金屬水化離子從電極表面液層擴散，離開陽極表面附近的區(qū)域。表面附近的區(qū)域。 - 陰極過程陰極過程： 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； 氫原子復合成氫分子；氫分子形成氣泡。氫原子復合成氫分子；氫分子形成氣泡。7四、電化學加工中的基本規(guī)律四、電化學加工中的基本規(guī)律 1、電化學當量電化學當量 定義：定義： 單位時間內(nèi)去除的金屬量。單位時間內(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金屬的電化學當量，與材料有關；金屬的電化學當量，與材料有關； Q電量，與電流密度有關。電量，與電流密度有關。 I電流強度；電流強度； t通電時間。通電時間。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 在電解加上過程中，當電解液和被在電解加上過程中，當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： 電解過程，電解液流動。電解過程，電解液流動。 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?？?。 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，蝕除速度與加工間隙之間的陰極電極不動，蝕除速度與加工間隙之間的關系。關系。 10（1）端面平衡間隙：）端面平衡間隙：b 保持不變時的間隙。保持不變時的間隙。 工件的蝕除工件的蝕除速度速度 = 陰極的進給速度陰極的進給速度 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； 電解液的流動性。電解液的流動性。14第二節(jié)、第二

8、節(jié)、電解液電解液- 作用作用： 導電介質(zhì)、進行電化學反應、帶走電蝕物和熱量。導電介質(zhì)、進行電化學反應、帶走電蝕物和熱量。 一、一、 主要性能指標主要性能指標：導電率、濃度、溫度、粘性、導電率、濃度、溫度、粘性、PH值值 價格低廉價格低廉二、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)對加工過程的影響電解液參數(shù)對加工過程的影響 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，其導電率越高，腐蝕能力也越強，可達到的高，其導電率越高，腐蝕能力也越強，可達到的電流密度越高，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、復制精度與加工參數(shù)的關系 復制精度主要由加工時達到的平衡間隙所決定。間隙越小，復制精度越高。 工件形狀、電解液流向、流程、流速、電流密度、進給速度都影響平衡間隙。二、重復精度與加工參數(shù)的關系1、電解液的導電率2、間隙電壓對重復精度的影

10、響3、進給速度對重復精度的影響4、間隙內(nèi)電解液流速對重復精度的影響193、表面質(zhì)量與加工參數(shù)的關系、表面質(zhì)量與加工參數(shù)的關系1、加工參數(shù)對表面粗糙度的影響、加工參數(shù)對表面粗糙度的影響 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）適當電解液流速、流場；電解液流速、流場；4）適當溫度；）適當溫度；5）與工件材料適應的）與工件材料適應的電解液電解液2、加工參數(shù)對表面物理化學性能的影響、加工參數(shù)對表面物理化學性能的影響包括：晶間腐蝕、選擇性腐蝕

11、、點蝕、顯微裂紋、流紋、包括：晶間腐蝕、選擇性腐蝕、點蝕、顯微裂紋、流紋、亮點等亮點等 首先與工件材料及晶間組織有關首先與工件材料及晶間組織有關20第五節(jié)、電解加工設備一、機床本體一、機床本體1、基本要求1）機床剛性2）進給速度平穩(wěn)性3）防腐絕緣性4）安全措施2、機床類型及設計要點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復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）陽極電位陽極）陽極電位陽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)、電化學機械復合加工 電化學機械復合加工是由電化學陽極溶解作用和機械加電化學機械復合加工是由電化學陽極溶解作用和機械加工作用結合起來對金屬工件表面進行加工的復合工藝技術工作用結合起來對金屬工件表面進行加工的復合工藝技術一、電化學機械復合加工的分類一、電化學機械復合加工的分類 從機械工藝角度分：從機械工藝角度分：電解磨削、電解研磨、電解珩磨、電化學超聲加工、電解磨削、電解研磨、電解珩磨、電化學超聲加工、電化學砂帶磨削、電化學復合拋光、高精度化學機械工。電化學砂帶磨削、電化學復合拋光、高精度化學機械工。 按電極設置方式分：按電極設置方式分：o復合法復合法o中間電極法中間電極法30二、電

13、化學機械復合加工的特點二、電化學機械復合加工的特點- 特點特點：（1）加工范圍廣；生產(chǎn)效率高，比機械磨削高的加）加工范圍廣；生產(chǎn)效率高，比機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； 設備需要防腐措施、排氣裝置。設備需要防腐措施、排氣裝置。 31三、常用電化

14、學機械復合加工介紹1、電解磨削、電解磨削 （1）原理原理：電化學（電解腐蝕）：電化學（電解腐蝕） + 機械加工（機械磨削）機械加工（機械磨削）砂輪必須含有磨粒又導電砂輪必須含有磨粒又導電常用有銅基砂輪（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用應用 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。不需導電砂輪不需導電砂輪33（2）影響生產(chǎn)率的因素影響生產(chǎn)率的因素 工件材料的電化學當量；工件材料的電化學當量

15、； 電流密度；電流密度； 陰極砂輪與工件間的導電面積；陰極砂輪與工件間的導電面積； 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)； 機械因素：機床精度等。機械因素：機床精度等。- 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)； 機械因素：機械因素： 機床精度、磨料粒度等。機床精度、磨料粒度等。35（4 4）電解磨

16、削的）電解磨削的應用應用硬質(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；細長桿；細長桿；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無紡布厚度、磨粒無紡布厚度、磨粒尺寸及含量尺寸及含量o工具陽極轉(zhuǎn)速及工工具陽極轉(zhuǎn)速及工作液送進速度作液送進速度o工具陽極與工件之工具陽極與工件之間的壓力。間的壓力。（1 1）影響）影響（2 2）電解研磨的應用電解研磨的應用拋光模具及拋

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、高強度和容易變形的精密零件的孔及精修內(nèi)表面強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的作用下沉積到陰極的過程對工件進行加工的方法，屬于電鍍工藝范疇。過程對工件進行加工的方法，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）高復制精度。電鑄件與原模的尺寸誤差0.25um（2）原?？捎谰眯灾貜褪褂?。（3）借助石膏、石蠟、環(huán)氧樹脂等作為原模材料，可把復雜零件的內(nèi)表面復制為外表面，或外表面復制為內(nèi)表面，然后在電鑄復制。（1）生產(chǎn)率低。 厚度0.02-0.5mm/h（2）原模制造技術要求高（3）有時存在一定的脫模困難2