先進成形與智能技術(shù) 課件 第六章-電解加工

6.1電化學(xué)加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造6.1電化學(xué)加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造電化學(xué)加工種類電化學(xué)加工是指基于電化學(xué)作用原理去除材料(陽極溶解)或增加材料(陰極沉積)的加工技術(shù)。電化學(xué)加工分類利用電化學(xué)陽極溶解來加工利用電化學(xué)陰極沉積來加工利用電化學(xué)加工和其他加工相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.電解加工基本原理和規(guī)律特性：去除材料、非接觸加工工作原理：陽極的金屬工件在電解液中溶解，去除材料，實現(xiàn)成形選用電解加工的原則：難切削材料；相對復(fù)雜形狀的零件；批量大的零件電解加工成形原理圖－+－+電流工具工件6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.電解加工基本原理和規(guī)律電解加工過程指定工藝條件陽極金屬溶解工具向工件進給達到加工需求電解加工時，工件接直流電源的正極，工具接電源的負(fù)極。加工開始時，陰極與陽極距離較近的地方通過的電流密度較大，電解液的流速也較高，陽極溶解速度也就較快。由于工件不斷進給，使工件表面不斷被電解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，直至工件表面形成與陰極工作面相似而相反的形狀為止。電解加工示意圖1—直流電源2—工具陰極3—工件陽極4—電解液泵5—電解液6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.電解加工基本原理和規(guī)律電解加工電極反應(yīng)陰極反應(yīng)

陽極反應(yīng)

6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.電解加工基本原理和規(guī)律電解加工的基本規(guī)律法拉第定律電流效率η法拉第第一定律法拉第第二定律電極的兩相界面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)質(zhì)量與通過其界面上的電量成正比電極上溶解或析出1mol當(dāng)量任何物質(zhì)所需的電量是一樣的，與該物質(zhì)的本性無關(guān)表征實際溶解（或沉積）金屬所占的耗電量對通過總電量的有效利用率

6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造2.電解加工的設(shè)備及工藝特點基本設(shè)備機床（主體）電解加工中常用的直流電源包括硅整流電源和晶閘管整流電流等，某些情況可用脈沖電流電解液系統(tǒng)的主要組成部件有泵、電解液槽、過濾裝置、管道和閥等，功能包括供液、凈化、三廢處理。基本設(shè)備在電解加工機床上要安裝夾具、工件和陰極工具，實現(xiàn)進給運動電源（核心）電解液系統(tǒng)6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造2.電解加工的設(shè)備及工藝特點工藝特點優(yōu)點缺點加工范圍廣材料去除率高加工表面質(zhì)量好不存在機械切削力加工精度不夠高加工型面、型腔的陰極設(shè)計制造的工作量大設(shè)備投資大處理不當(dāng)，會對周圍環(huán)境造成污染6.1.1電解加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造3.電解加工的應(yīng)用槍、炮管膛線電解加工葉片加工電解拋光標(biāo)題數(shù)字等都可以通過點擊和重新輸入進行更改。添加標(biāo)題型孔加工和型腔加工6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造電沉積加工：是陰極沉積材料的加工工藝，與電解加工相反，是金屬正離子在電場的作用下運動到陰極，并得到電子在陰極沉積下來的過程。分類電鍍加工電鑄加工復(fù)合鍍加工涂鍍加工6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造1.電沉積金屬質(zhì)量的計算考慮到陰極電流效率，即通過陰極的電流實際只有一部分用于沉積金屬，電沉積金屬的質(zhì)量應(yīng)表示為

電流效率是評價電沉積液性能的重要參數(shù)，提高電流效率可以加快鍍層的沉積速度。

6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造2.電沉積加工的基本原理利用電化學(xué)原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其他金屬或合金。陽極：鍍層金屬陰極：待鍍工件電鍍液：含鍍層金屬陽離子的溶液（1）電鍍原理6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造在直流電源作用下，陽極上的金屬原子交出電子成為正金屬離子進入電鑄液，并進一步在陰極上獲得電子成為金屬原子而沉積鍍覆在陰極原模表面，陽極金屬源源不斷地成為金屬離子補充進入電鑄液，保持質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變，陰極原模上電鑄層逐漸加厚，當(dāng)達到預(yù)定厚度時即可去除，設(shè)法與原模分離，即可獲得與原模型面凹凸相反的電鑄件。電鑄加工原理圖1—電鑄槽2—陽極3—直流電源4—電鑄層5—原模（陰極）6—攪拌器7—電鑄液8—過濾器9—泵10—加熱器2.電沉積加工的基本原理（2）電鑄原理6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造復(fù)合鍍的基本原理與電鍍相似。只是其在金屬工件表面鍍復(fù)金屬鎳或鈷的同時，將磨料作為鍍層的一部分也一起鍍到工件表面上，故稱為復(fù)合鍍。2.電沉積加工的基本原理（3）復(fù)合鍍原理6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造涂鍍又稱刷鍍或無槽電鍍，是在金屬工件表面局部快速電化學(xué)沉積金屬的技術(shù)。涂鍍加工原理圖1—工件2—鍍液3—電源4—鍍筆5—脫脂棉套6—容器轉(zhuǎn)動的工件1接直流電源3的負(fù)極，正極與鍍筆相接，鍍筆端部的不溶性石墨電極用外包尼龍布的脫脂棉套5包住鍍液2飽蘸在脫脂棉中或另再澆注，多余的鍍液流回容器6。鍍液中的金屬正離子在電場作用下在陰極表面獲得電子而沉積涂鍍在陰極表面，從而獲得性能良好的沉積層。2.電沉積加工的基本原理（4）特殊形式電沉積加工原理(涂鍍)6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造噴射電沉積又稱射流電沉積，屬于電沉積新技術(shù)之一，它是一種局部高速電沉積技術(shù)，由于其具有非常特殊的流場及電場，因此在傳質(zhì)速率、擴散層厚度、極限電流密度等方面與常規(guī)電沉積具有很大的差異，可以認(rèn)為是電沉積技術(shù)中的一種特種技術(shù)。

電沉積時，一定流量和壓力的電解液從陽極噴嘴垂直噴射到陰極表面，使得電沉積反應(yīng)在噴射流與陰極表面沖擊的區(qū)域發(fā)生。電解液的沖擊不僅對鍍層進行了機械活化，同時還有效地減少了擴散層的厚度，改善了電沉積過程，使鍍層組織致密，晶粒細(xì)化，性能提高。2.電沉積加工的基本原理（4）特殊形式電沉積加工原理（噴射電沉積）6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造3.電沉積加工的設(shè)備及工藝特點電鍍設(shè)備鍍前處理處理中鍍后處理磨、拋光機、刷光機、噴砂機、滾光機、各類固定槽各類固定槽、滾鍍槽、掛具、吊籃等磨、拋光機、各類固定槽（1）電沉積加工的基本設(shè)備1）電鍍設(shè)備6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造3.電沉積加工的設(shè)備及工藝特點（1）電沉積加工的基本設(shè)備2）電鑄設(shè)備電鍍設(shè)備電鑄槽直流電源攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)由鉛板、由鉛板、橡膠或塑料等耐腐蝕的材料作為襯里，小型的可用陶瓷、玻璃或搪瓷容器。和電解、電鍍電源類似，電壓3~20V可調(diào)，電流和功率能滿足15~30A/dm2即可，一般常用硅整流或晶閘管直流電源。減少濃差極化，加大電流密度，提高電鑄質(zhì)量。過濾器的作用是除去溶液中的固體雜質(zhì)微粒，常用玻璃棉、丙綸絲、泡沫塑料或濾紙芯筒等過濾材料。加熱和冷卻裝置電鑄的時間較長，為了使電鑄液保持溫度基本不變，需有加熱冷卻和恒溫控制裝置。常用蒸汽或電熱加溫，用吹風(fēng)或自來水冷卻。6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造3.電沉積加工的設(shè)備及工藝特點（1）電沉積加工的基本設(shè)備3）涂鍍設(shè)備涂鍍設(shè)備：包括電源、鍍筆、鍍液及泵等。電源：涂鍍所用直流電源與電解、電鍍、電解磨削等所用的相似，電壓在3~30V無級可調(diào)，電流30~100A視所需功率而定。鍍筆：鍍筆由手柄和陽極兩部分組成。陽極采用不溶性的石墨塊制成，防止陽極與工件直接接觸短路和濾除陽極上脫落下來的石墨微粒，在石墨塊外面需包上一層脫脂棉和一層耐磨的滌棉套。鍍液：涂鍍用的鍍液，根據(jù)所鍍金屬和用途不同有很多種，比槽鍍用的鍍液有更高的離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由金屬絡(luò)合物水溶液及少量添加劑組成。鍍液中還包括電凈液和活化液等，以便鍍表面進行預(yù)處理。6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造3.電沉積加工的設(shè)備及工藝特點（2）電沉積加工的工藝特點電鍍工藝特點形成金屬光澤，具有良好的美觀效果提高物品的耐腐蝕性、使用壽命和穩(wěn)定性大規(guī)模、連續(xù)、自動地制造產(chǎn)品，從而提高了制造效率和降低了生產(chǎn)成本電鑄工藝特點準(zhǔn)確、精密地復(fù)制復(fù)雜型面和細(xì)微紋路獲得尺寸精度高、表面粗糙度小的復(fù)制品，同一原模生產(chǎn)的電鑄件一致性好可把復(fù)雜零件的內(nèi)表面復(fù)制為外表面，外表面復(fù)制為內(nèi)表面復(fù)合鍍工藝特點設(shè)備投資少，操作簡單，原材料利用率較高同一基質(zhì)金屬可以鑲嵌多種性質(zhì)各異的固體顆粒，適用范圍要較廣可以按需在零部件表面上獲得一定厚度鍍層復(fù)合鍍層對基體材料本身的物理機械性能的影響很小涂鍍工藝特點不需鍍槽，可局部表面進行涂鍍，操作簡單，靈活性強涂鍍液、涂鍍的金屬種類多，易實現(xiàn)復(fù)合鍍層鍍層與基體的結(jié)合力牢固，涂鍍速度快，厚薄可控需手工操作，工作量大，難批量生產(chǎn)6.1.2電沉積加工戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團隊-重型高端裝備制造4.電沉積加工的應(yīng)用電鑄加工的應(yīng)用復(fù)制精細(xì)的表面輪廓，如唱片等復(fù)制注塑用的模具、電火花型腔加工用的電極工具制造復(fù)雜、高精度的空心和薄壁零件，如波導(dǎo)管等制造表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊、表盤等特殊零件涂鍍加工的應(yīng)用修補表面被磨損的零件，如軸類零件的磨損修補補救尺寸超差的零件修補表面劃傷、空洞、銹蝕等缺陷，例如機床導(dǎo)軌的修補大型、復(fù)雜工件表面的局部鍍金屬，或非金屬零件的金屬化復(fù)合鍍加工的應(yīng)用金剛石套料