現(xiàn)代電化學技術-第六章電加工

1、第六講第六講 電解加工電解加工 Electrochemical MachiningECM 5.1概述概述5.1.1.電解加工原理和特點電解加工原理和特點1.電解加工電解加工利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理，去利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理，去除工件材料的除工件材料的特種加工特種加工。電解加工電解加工起源于起源于20世紀世紀50年代蘇聯(lián)科學家進行的年代蘇聯(lián)科學家進行的“以金屬局部以金屬局部高速溶解為基礎的電化學加工高速溶解為基礎的電化學加工”的實驗研究。的實驗研究。我國最早開展電解加工時稱電解加工為我國最早開展電解加工時稱電解加工為“電液壓加工電液壓加工”。顧名。顧名思義，這是一種在高

2、壓力、高流速條件下進行的電化學過程思義，這是一種在高壓力、高流速條件下進行的電化學過程。電解加工處理的是導體材料。電解加工處理的是導體材料?；陔娊庠恚陔娊庠?，是一種非接觸加工是一種非接觸加工。加工時，工件接電源的正極，工具接電源的負極加工時，工件接電源的正極，工具接電源的負極，在陽極和陰，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。

3、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)展了為了進一步拓展電解加工的應用，發(fā)展了PECM，可以對工件，可以對工件進行更精確的進行更精確的3D加工。加工。ECM設備模塊化。設備模塊化。例：在NaCl水溶液中電解加工鐵基合金水(H2O)NaCl解離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生成沉淀而離開反應系統(tǒng)，沉淀為墨綠色的絮狀物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逐漸氧化為的黃褐色沉淀的黃褐色沉淀(鐵銹鐵銹)Fe2+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在電解液不流動或

4、者流速很小的一般電化學過程中，電流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。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學過程極大的強化。只有當極間距小于只有當極間距小于0.05mm1mm，在高速流動（流速大于，在高速流動（流速大于5m/s）的電解液中，電流的電解液中，電流密度密度才會隨間隙的減小顯著增加，或者說溶解才

5、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，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隨著電極的不斷送進，才有可能使陰極的形狀“復制復制”到工件上。到工件上。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無論是copy電解加工還是數(shù)控展成電解加工，都必電解加工還是數(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 到須 保 證 一 定 的

6、電 解 液 壓 力 ， 一 般 要 求 達 到0.5MPa2.5MPa， 則 相 應 的 電 解 液 流 速 為， 則 相 應 的 電 解 液 流 速 為5m/s50m/s，電流密度為，電流密度為10A/cm2，槽壓為，槽壓為5V20V，加工間隙保持在，加工間隙保持在0.05mm1.0 mm之間。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、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)電源、電解液系統(tǒng)電解加工裝置原理圖電解加工裝置原理圖電解加工的基礎是陽極溶解電解加工的基礎是陽極溶解。發(fā)生在陽極和陰極間隙很。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

7、。小，而間隙中電流密度很大，電解液流速很高。直直流流電電源源2.電解加工的特點電解加工的特點（1）生產(chǎn)率高）生產(chǎn)率高約為約為電火花加工電火花加工的的5倍倍10倍，在一定條件下比切削加工的生產(chǎn)率還高，如復倍，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。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）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不

8、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）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，一般可達到般可達到Ra1.25m0.08m。（4）工具陰極理論上不消耗）工具陰極理論上不消耗電解加工的主要缺點表現(xiàn)在：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）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

9、加工偏差在比如打孔或者套料加工，可保證加工偏差在0.05mm0.025mm范圍范圍內(nèi)；加工三維型面和型腔，保持在內(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以內(nèi)的偏差就有較大困難。（2）附屬設備多，占地面積較大）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)成本較高，不適宜于單間小批量生產(chǎn)。 5.2電解加工的應用電解加工的應用5.2.1.電解液電解液1.電解液的作用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

10、如下：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)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)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。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。騰蒸發(fā)、以保證正常的加工。2. 電解液的類型電解液的類型當前生產(chǎn)中常用的電解液為當前生產(chǎn)中常用的電解液為N

11、aCl、NaNO3和和NaClO3三種，在三種，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。、特點及應用范圍見表。項目項目NaClNaNO3NaClO3常用濃度常用濃度250g/L以內(nèi)以內(nèi)400g/L以內(nèi)以內(nèi)450g/L以內(nèi)以內(nèi)表面粗糙表面粗糙度度與電流密度、流速及加工與電流密度、流速及加工材料有關，一般為材料有關，一般為Ra=0.86.3m在同樣條件下低于在同樣條件下低于NaCl電電解液解液在同樣條件下低于在同樣條件下低于NaCl和和 NaNO3電解電解液液加工精度加工精度較低較低較高較高高高表面質(zhì)量表面質(zhì)量

12、加工鎳基合金易產(chǎn)生晶界加工鎳基合金易產(chǎn)生晶界腐蝕，加工鈦合金易產(chǎn)生腐蝕，加工鈦合金易產(chǎn)生點蝕坑點蝕坑一般不產(chǎn)生晶界腐蝕但電一般不產(chǎn)生晶界腐蝕但電流密度低時也會產(chǎn)生點蝕流密度低時也會產(chǎn)生點蝕雜散腐蝕最小，一雜散腐蝕最小，一般也不會產(chǎn)生點蝕，般也不會產(chǎn)生點蝕，已加工面耐蝕性較已加工面耐蝕性較好好耐蝕性耐蝕性強強較弱較弱弱弱安全性安全性安全、無毒安全、無毒助燃（氧化劑）助燃（氧化劑）助燃（強氧化劑）助燃（強氧化劑）穩(wěn)定性穩(wěn)定性加工過程較穩(wěn)定、組分及加工過程較穩(wěn)定、組分及性能基本不變性能基本不變加工過程加工過程pH值緩慢增加，值緩慢增加，應定時調(diào)整使之應定時調(diào)整使之9加工過程緩慢分解加工過程緩慢分解C

13、l-增加增加ClO3-減少，減少，加工一段時間后要加工一段時間后要適當補充電解質(zhì)適當補充電解質(zhì)應用范圍應用范圍精度要求不很高的鐵基、精度要求不很高的鐵基、鎳基、鈷基合金等，應用鎳基、鈷基合金等，應用范圍最廣范圍最廣精度要求較高的鐵基、鎳精度要求較高的鐵基、鎳基、鈷基合金、有色金屬基、鈷基合金、有色金屬（銅、鋁等）（銅、鋁等）加工精度要求較高加工精度要求較高的零件，固定陰極的零件，固定陰極加工加工三種電解液的性能、特點及應用范圍三種電解液的性能、特點及應用范圍5.2.2.電解加工應用電解加工應用 電解加工電解加工主要應用在深孔加工、型面加工、主要應用在深孔加工、型面加工、型腔加工、管件內(nèi)孔拋光、

14、各種型孔的倒型腔加工、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)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?？准疤啪€的加工、螺旋花鍵孔的加工等。 1. 深孔擴孔加工深孔擴孔加工 深孔擴孔加工按陰極的運動形式，可分為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固定式和移動式兩種 其優(yōu)點有其優(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，所需操作簡單。但是，陰極要比工件長一些，所需電源的功率較

15、大電源的功率較大（1）固定式陰極深孔擴孔原理圖）固定式陰極深孔擴孔原理圖（2）面進給式型孔加工）面進給式型孔加工 對于些形狀復雜、尺寸較小的四方，六對于些形狀復雜、尺寸較小的四方，六方、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔，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，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。陰極側(cè)面必須絕緣。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桿型腔模的電解加

16、工為加工連桿、撥叉類鍛模，陰極端面上開有兩孔，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，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，電壓電壓815 V，電流密度，電流密度2090 A/cm2，進給速度，進給速度0.41.5 mm/min，電解濃，電解濃為為8%12%濃度的氯化鈉溶液，壓力為濃度的氯化鈉溶液，壓力為0.52 MPa。撥叉撥叉3. 葉片加工葉片加工 葉輪上的葉片是逐個加工的，加工完一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，退出陰極，分度后再加工下一

17、個葉片。個葉片。電解加工整體葉輪4. 電解倒棱角去毛邊電解倒棱角去毛邊 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)根據(jù)毛邊大小而定毛邊大小而定)，電解液在陰極端部和齒輪的端面齒面間流，電解液在陰極端部和齒輪的端面齒面間流過，陰極和工件間通上過，陰極和工件間通上20V以上的電壓以上的電壓(電壓高些，間隙可大電壓高些，間隙可大些些)即可去除毛邊。即可去除毛邊。5. 電解刻字電解刻字 電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大約電解刻字時

18、，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大約0.1 mm的電解間隙，中間滴注少量的鈍化型電解液，即可在短的電解間隙，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。印記。電解法雕刻金屬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，鹽刀一把，空瓶一個，水，鐵釘或其他鐵東西，鹽拆開充電器，把頭去掉拆開充電器，把頭去掉找到正負極找到正負極然后解決電池然后解決電池弄出里面黑色碳棒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然后正極接鐵釘，負極接電池里的棍棍插上，表怕，我的插上，表怕，我的5V電不死人電不死人電解時會產(chǎn)生刺鼻氣味，請注意通風電解時會產(chǎn)生刺鼻氣味，請注意通風弄下來弄下來撕掉膠帶撕掉膠帶擦洗干凈擦洗干凈由于電解由于電解加