現(xiàn)代電化學技術-第六章電加工方案課件

第六講電解加工

Electrochemical

Machining

ECM第六講電解加工

ElectrochemicalMach

5.1概述5.1.1.電解加工原理和特點1.電解加工利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理，去除工件材料的特種加工。電解加工起源于20世紀50年代蘇聯(lián)科學家進行的“以金屬局部高速溶解為基礎的電化學加工”的實驗研究。我國最早開展電解加工時稱電解加工為“電液壓加工”。顧名思義，這是一種在高壓力、高流速條件下進行的電化學過程。。5.1概述電解加工起源于20世紀50年代蘇聯(lián)科學家進行的“電解加工處理的是導體材料?；陔娊庠?，是一種非接觸加工。加工時，工件接電源的正極，工具接電源的負極，在陽極和陰極之間有流動的電解質(zhì)溶液，侵蝕掉的金屬材料以金屬氫氧化物的形式通過溶液的流動去除。電解加工應用廣泛，例如汽車、理療器械、航天飛機以及其他的金屬加工行業(yè)等等。為了進一步拓展電解加工的應用，發(fā)展了PECM，可以對工件進行更精確的3D加工。ECM設備模塊化。電解加工處理的是導體材料。例：在NaCl水溶液中電解加工鐵基合金水(H2O)NaCl解離例：在NaCl水溶液中電解加工鐵基合金水(H2O)NaCl解陽極反應時的電極電位E負的氯離子被陽極吸引負的氫氧根離子被陽極吸引正的二價或三價鐵離子溶解進入電解液中陽極反應時的電極電位E負的氯離子被陽極吸引負的氫氧根離子被陽生成沉淀而離開反應系統(tǒng)，沉淀為墨綠色的絮狀物逐漸氧化為的黃褐色沉淀(鐵銹)Fe2+生成沉淀而離開反應系統(tǒng)，沉淀為墨綠色的絮狀物逐漸氧化為的黃褐陰極反應時的電極電位E正的氫離子被吸引到陰極表面正的鈉離子被吸引到陰極表面陰極反應時的電極電位E正的氫離子被吸引到陰極表面正的鈉離子被在電解液不流動或者流速很小的一般電化學過程中，電流密度很小，約幾安每平方米，而電解加工的電流密度必須達到幾十安每平方厘米，才能完成有一定效率的成型加工。與一般電化學過程的區(qū)別在于電解液的高速流動使電化學過程極大的強化。在電解液不流動或者流速很小的一般電化學過程中，電流密度很小，只有當極間距小于0.05mm~1mm，在高速流動（流速大于5m/s）的電解液中，電流密度才會隨間隙的減小顯著增加，或者說溶解速度才會顯著增大，并且呈一定的對應關系，間隙小的地方工件陽極溶解的快，間隙大的地方溶解得慢，在一定的外電源電壓下，隨著電極的不斷送進，才有可能使陰極的形狀“復制”到工件上。只有當極間距小于0.05mm~1mm，在高速流動（流速大于5電解加工成型原理示意圖電解加工成型原理示意圖無論是copy電解加工還是數(shù)控展成電解加工，都必須保證一定的電解液壓力，一般要求達到0.5MPa~2.5MPa，則相應的電解液流速為5m/s~50m/s，電流密度為10A/cm2，槽壓為5V~20V，加工間隙保持在0.05mm~1.0mm之間。提供上述加工參數(shù)加工參數(shù)的基本硬件條件是機床、電源、電解液系統(tǒng)無論是copy電解加工還是數(shù)控展成電解加工，都必須保證一定的電解加工裝置原理圖電解加工的基礎是陽極溶解。發(fā)生在陽極和陰極間隙很小，而間隙中電流密度很大，電解液流速很高。直流電源電解加工裝置原理圖電解加工的基礎是陽極溶解。發(fā)生在陽極和陰極2.電解加工的特點（1）生產(chǎn)率高約為電火花加工的5倍~10倍，在一定條件下比切削加工的生產(chǎn)率還高，如復雜型孔、型面和型腔一次成型，且加工生產(chǎn)率與加工精度和表面粗糙度沒有制約關系，這樣就有可能創(chuàng)造條件使上述三項工藝指標同時得到提高。（2）加工范圍廣不受金屬材料本身硬度、強度和韌性的限制，加工薄壁、彈性等零件效果顯著（3）表面質(zhì)量好因為無切削力，不會產(chǎn)生殘余應力；因為是常溫下電化學溶解，不會產(chǎn)生表面變質(zhì)層，沒有顯微裂紋，沒有冷作硬化層；沒有飛邊毛刺，表面粗糙度好，一般可達到Ra1.25μm~0.08μm。（4）工具陰極理論上不消耗2.電解加工的特點（1）生產(chǎn)率高電解加工的主要缺點表現(xiàn)在：（1）加工精度和加工穩(wěn)定性還不夠高比如打孔或者套料加工，可保證加工偏差在±0.05mm~±0.025mm范圍內(nèi)；加工三維型面和型腔，保持在0.10mm以內(nèi)的偏差就有較大困難。（2）附屬設備多，占地面積較大（3）機床需有足夠的剛性和防腐蝕性（4）成本較高，不適宜于單間小批量生產(chǎn)。電解加工的主要缺點表現(xiàn)在：（1）加工精度和加工穩(wěn)定性還不夠高

5.2電解加工的應用5.2.1.電解液1.電解液的作用電解液是電解池的基本組成部分，是產(chǎn)生電解加工陽極溶解的載體。其主要作用如下：(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，同時也是電解池中傳送電流的介質(zhì)(2)排除電解產(chǎn)物，控制極化，使陽極溶解能正常連續(xù)進行。(3)帶走電解加上過程所產(chǎn)土的熱量，使加工區(qū)不致過熱而引起沸騰蒸發(fā)、以保證正常的加工。5.2電解加工的應用電解液是電解池的基本組成部分，是產(chǎn)生電2.電解液的類型當前生產(chǎn)中常用的電解液為NaCl、NaNO3和NaClO3三種，在復合電解液中也以此中的相互復合居多。三種電解液的性能、特點及應用范圍見表。2.電解液的類型項目NaClNaNO3NaClO3常用濃度250g/L以內(nèi)400g/L以內(nèi)450g/L以內(nèi)表面粗糙度與電流密度、流速及加工材料有關，一般為Ra=0.8~6.3μm在同樣條件下低于NaCl電解液在同樣條件下低于NaCl和

NaNO3電解液加工精度較低較高高表面質(zhì)量加工鎳基合金易產(chǎn)生晶界腐蝕，加工鈦合金易產(chǎn)生點蝕坑一般不產(chǎn)生晶界腐蝕但電流密度低時也會產(chǎn)生點蝕雜散腐蝕最小，一般也不會產(chǎn)生點蝕，已加工面耐蝕性較好耐蝕性強較弱弱安全性安全、無毒助燃（氧化劑）助燃（強氧化劑）穩(wěn)定性加工過程較穩(wěn)定、組分及性能基本不變加工過程pH值緩慢增加，應定時調(diào)整使之≤9加工過程緩慢分解Cl-增加ClO3-減少，加工一段時間后要適當補充電解質(zhì)應用范圍精度要求不很高的鐵基、鎳基、鈷基合金等，應用范圍最廣精度要求較高的鐵基、鎳基、鈷基合金、有色金屬（銅、鋁等）加工精度要求較高的零件，固定陰極加工三種電解液的性能、特點及應用范圍項目NaClNaNO3NaClO3常用濃度250g/L以內(nèi)45.2.2.電解加工應用電解加工主要應用在深孔加工、型面加工、型腔加工、管件內(nèi)孔拋光、各種型孔的倒圓角和去毛邊、整體葉片的加工、炮管內(nèi)孔及膛線的加工、螺旋花鍵孔的加工等。5.2.2.電解加工應用電解加工主要應用在深孔加工、型面加工1.深孔擴孔加工深孔擴孔加工按陰極的運動形式，可分為固定式和移動式兩種其優(yōu)點有1.一是設備簡單，只需套夾具來保持陰極與工件的同心及起導電和引進電解液的作用2.操作簡單。但是，陰極要比工件長一些，所需電源的功率較大1.深孔擴孔加工（1）固定式陰極深孔擴孔原理圖（1）固定式陰極深孔擴孔原理圖（2）面進給式型孔加工對于些形狀復雜、尺寸較小的四方，六方、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔，機械加工很困難。如采用電解加工，則可以提高生產(chǎn)效率及加工質(zhì)量。型孔加工一般采用端面進給方式，為避免錐度，陰極側(cè)面必須絕緣。（2）面進給式型孔加工對于些形狀復雜、尺寸較小的四方，六方、面進給式型孔加工示意圖面進給式型孔加工示意圖2.桿型腔模的電解加工桿型腔模的電解加工為加工連桿、撥叉類鍛模，陰極端面上開有兩孔，孔間有一長槽貫通，電解液從孔及長槽中噴出。一般加工參數(shù)條件為，電壓8~15V，電流密度20~90A/cm2，進給速度0.4~1.5mm/min，電解濃為8%~12%濃度的氯化鈉溶液，壓力為0.5~2MPa。撥叉2.桿型腔模的電解加工桿型腔模的電解加工為加工連桿、撥叉類3.葉片加工葉輪上的葉片是逐個加工的，加工完一個葉片，退出陰極，分度后再加工下一個葉片。3.葉片加工葉輪上的葉片是逐個加工的，加工完一個葉片，退出電解加工整體葉輪電解加工整體葉輪4.電解倒棱角去毛邊齒輪的電解去毛邊裝置，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面，保持適當間隙(根據(jù)毛邊大小而定)，電解液在陰極端部和齒輪的端面齒面間流過，陰極和工件間通上20V以上的電壓(電壓高些，間隙可大些)即可去除毛邊。4.電解倒棱角去毛邊齒輪的電解去毛邊裝置，工件齒輪套在絕緣5.電解刻字電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，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，即可在短時間內(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)過發(fā)藍處理的表面上刻出白色的印記。5.電解刻字電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大電解法雕刻金屬先上材料：充電器一個，廢電池一枚，膠帶一個，剪刀一把，空瓶一個，水，鐵釘或其他鐵東西，鹽電解法雕刻金屬先上材料：充電器一個，廢電池一枚，膠帶一個，剪拆開充電器，把頭去掉找到正負極拆開充電器，把頭去掉找到正負極然后解決電池弄出里面黑色碳棒然后解決電池弄出里面黑色碳棒然后調(diào)制飽和食鹽水然后調(diào)制飽和食鹽水弄好是這樣的，我今天就簡單的刻個環(huán)節(jié)，你可以自己設計圖案弄好是這樣的，我今天就簡單的刻個環(huán)節(jié)，你可以自己設計圖案然后正極接鐵釘，負極接電池里的棍棍插上，表怕，我的5V電不死人然后正極接鐵釘，負極接電池里的棍棍插上，表怕，我的5V電不死電解時會產(chǎn)生刺鼻氣味，請注意通風電解時會產(chǎn)生刺鼻氣味，請注意通風弄下來撕掉膠帶弄下來撕掉膠帶擦洗干凈擦洗干凈現(xiàn)代電化學技術-第六章電加工方案課件由于電解加工對難加工材料可以以柔克剛，對形狀復雜的零件可以一次成型，已經(jīng)成為許多產(chǎn)品某些工序不可取代的工藝，隨著該技術的日臻完善，其重要性不可同日而語。電解加工精度和自動化程度目前作為電解加工行業(yè)的攻關項目不斷取得突破，在設備、工藝、控制技術、機理研究等方面逐漸形成了電解加工行業(yè)的特色。電解加工的發(fā)展趨勢由于電解加工對難加工材料可以以