電化學(xué)加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢-特種加工

電化學(xué)加工技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢郭旭東（大連科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院,大連，大連）（15級機(jī)械工程專業(yè)，2015023234321）摘要：與機(jī)械加工相比，電化學(xué)加工能加工出復(fù)雜的型面、腔孔，加工高硬度、高韌性、高強(qiáng)度材料，生產(chǎn)率高。電化學(xué)加工包含拋光、電鍍、電刻蝕和電解磨削。與傳統(tǒng)的加工方法相比，有很大的優(yōu)勢。而且未來電化學(xué)加工的更是朝著微系統(tǒng)、納米材料合成方面發(fā)展，具有很高的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：生產(chǎn)率；拋光；電鍍；電刻蝕；電解磨削CurrentstatusandtrendofelectrochemicalmachiningtechnologyLIUDong(CollegeofMachineryandAutomation,WuHanUniversityofScienceandTechnology,HuBeiWuHan430074)Abstract:Comparedwithmachining,electrochemicalmachiningcanproducecomplexsurfaceandcavity,whichcanbeprocessedwithhighhardness,hightoughness,highstrengthmaterialsandhighproductivity.Electrochemicalmachiningincludespolishing,electroplating,electroetchingandelectrochemicalgrinding.Comparedwiththetraditionalprocessingmethods,thereisagreatadvantage.Andthefutureelectrochemicalprocessingistowardthedevelopmentofmicrosystem,nanomaterialssynthesis,hasaveryhighapplicationprospects.Keywords:efficiency;polishing;electroplating;electroetching;electrochemicalgrinding1、前言電化學(xué)加工的基本理論建立與19世紀(jì)末，但在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，還應(yīng)該是在20世紀(jì)30~50年代。目前，電化學(xué)加工已經(jīng)成為我國民用、國防工業(yè)中的一個(gè)不可或缺的加工手段。電化學(xué)加工是一種重要的特種加工方法,已被廣泛應(yīng)用于難加工金屬材料、復(fù)雜形狀零件的批量加工中。它利用金屬的電解現(xiàn)象[1]，在通電的電解液[2-5]中，使離子從一個(gè)電極移向另一個(gè)電極，從而實(shí)現(xiàn)對工件材料的雙向加工[6]，即陽極溶解去除(如電解、電化學(xué)拋光)和陰極沉積生長(如電鍍、電鑄)。無論材料的減少或增加，加工過程都是以離子的形式進(jìn)行的，而金屬離子的尺寸非常微小，因此，從原理上講，電化學(xué)加工可以實(shí)現(xiàn)加工精度和微細(xì)程度在微米級甚至更小尺度的微加工。只要采取措施精確地控制電流密度和電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域，就能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微加工[7-11]，達(dá)到對金屬表面進(jìn)行微量“去除”或“生長”加工的目的。電化學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科，一般公認(rèn)電化學(xué)起源于1791年意大利解剖學(xué)家伽伐尼發(fā)現(xiàn)解剖刀或金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動(dòng)物電”現(xiàn)象。1800年伏特制成了第一個(gè)實(shí)用電池，開始了電化學(xué)研究的新時(shí)代。在經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)以后，電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展和成就舉世矚目，無論是基礎(chǔ)研究還是技術(shù)應(yīng)用，從理論到方法，都有許多重大突破。電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，推動(dòng)了世界科學(xué)的進(jìn)步，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對解決人類社會(huì)面臨的能源、交通、材料、環(huán)保、信息、生命等問題，已經(jīng)作出并正在作出巨大的貢獻(xiàn)。[12]2、電化學(xué)加工研究現(xiàn)狀2.1基本概念電化學(xué)加工(electrochemicalmachining)利用電化學(xué)反應(yīng)（或稱電化學(xué)腐蝕）對金屬材料進(jìn)行加工的方法。與機(jī)械加工相比，電化學(xué)加工不受材料硬度、韌性的限制，已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。常用的電化學(xué)加工有電解加工[13-16]、電磨削[17-20]、電化學(xué)拋光[21-24]、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。[25-26]2.2研究優(yōu)缺點(diǎn)2.2.1電化學(xué)加工優(yōu)點(diǎn)（1）能同時(shí)進(jìn)行三維的加工，一次加工出形狀復(fù)雜的型面、型腔、異形孔。（2）可以加工一般機(jī)制工藝難以加工的高硬度、高韌性、高強(qiáng)度材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼、耐熱合金、鈦合金。（3）生產(chǎn)率高，約為電火花加工的5～10倍；在某些情況下，比切削加工的生產(chǎn)率還高，且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。（4）陰極工具在理論上不損耗，可長期使用。（5）產(chǎn)生的熱量被電解液帶走，工件基本上沒有溫升，適合于加工熱敏性材料。（6）加工中工件與刀具（陰極）不接觸，不會(huì)產(chǎn)生切削力，加工后零件表面無殘余應(yīng)力、無毛刺。（7）加工后零件表面質(zhì)量好。表面粗糙度Ra可達(dá)0.2～1.25μm，加工精度：型孔或套料為±0.03～±0.05mm、模鍛型腔為±0.05～±0.20mm、透平葉片型面為0.18～0.25mm。2.2.2電化學(xué)加工缺點(diǎn)(1)不易達(dá)到較高的加工精度和加工穩(wěn)定性。因?yàn)橛绊戨娊饧庸さ拈g隙電場和流場穩(wěn)定性的參數(shù)很多，控制比較困難，加工精度難以嚴(yán)格控制，尺寸精度一般只能達(dá)到0.15-0.30mm;加工時(shí)雜散腐蝕也比較嚴(yán)重;(2)電極工具的的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩，因而很難適用于單件生產(chǎn);3、應(yīng)用研究電化學(xué)加工的應(yīng)用電化學(xué)加工有三種不同的類型。（1）第Ⅰ類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陽極溶解來進(jìn)行加工，主要有電解加工、電化學(xué)拋光等。（2）第Ⅱ類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陰極沉積來進(jìn)行加工，主要有電鍍、電鑄等。（3）第Ⅲ類是利用電化學(xué)加工與其它加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工，目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽極機(jī)械加工。電解磨削是電解作用和機(jī)械磨削相結(jié)合的加工過程。導(dǎo)電磨削時(shí)，工件接在直流電源的陽極上，導(dǎo)電的砂輪接在陰極上，兩者保持一定的接觸壓力，并將電解液引入加工區(qū)。當(dāng)接通電源后，工件的金屬表面發(fā)生陽極溶解并形成很薄的氧化膜，其硬度比工件低得多，容易被高速旋轉(zhuǎn)的砂輪磨粒刮除，隨即又形成新的氧化膜，又被砂輪磨去。如此進(jìn)行，直至達(dá)到加工要求為止。[30]4、電化學(xué)加工發(fā)展趨勢21世紀(jì)，由于材料、能源、信息、生命、環(huán)境對電化學(xué)技術(shù)的要求，電化學(xué)新體系和新材料的研究將有較大的發(fā)展。目前可預(yù)見的有：1）納米材料的電化學(xué)合成；2）納米電子學(xué)中元器件、集成電路板、納米電池、納米光源的電化學(xué)制備；3）微系統(tǒng)、芯片實(shí)驗(yàn)室的電化學(xué)加工以及界面動(dòng)電現(xiàn)象在驅(qū)動(dòng)微液流中的應(yīng)用；4）電動(dòng)汽車的化學(xué)電源和信息產(chǎn)業(yè)的配套電源；5）氫能源的電解制備；6）太陽能利用實(shí)用化中的固態(tài)光電化學(xué)電池和光催化合成；7）消除環(huán)境污染的光催化技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)；8）玻璃、陶瓷、織物等的自潔、殺菌技術(shù)中的光催化和光誘導(dǎo)表面能技術(shù)；9）生物大分子、活性小分子、藥物分子的電化學(xué)研究；10）微型電化學(xué)傳感器的研制。[31]5、總結(jié)電化學(xué)加工技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的重要地位日益突出，尤其是在深孔加工、型面加工、型腔加工﹑異形孔和薄壁零件加工、表面光整加工等方面的效果十分顯著。將電化學(xué)加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，進(jìn)一步提高了零件質(zhì)量、改善零件使用性能和延長使用壽命，對于提高我國機(jī)械制造業(yè)在國際上的競爭力，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有重要的意義。參考文獻(xiàn)[1]鄒堅(jiān). 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