電解加工及基本原理

節(jié)電解加工

2021/6/271電解加工（electrochemicalmachining，ECM）是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解反應(yīng)而去除工件上多余的材料、將零件加工成形的一種方法。

一、電解加工的原理2021/6/2721-直流電源2-工具陰極3-工件陽極

4-電解液泵5-電解液加工時(shí)，工件接電源正極（陽極），按一定形狀要求制成的工具接負(fù)極（陰極），工具電極向工件緩慢進(jìn)給，并使兩極之間保持較小的間隙（通常為0.02～0.7mm），利用電解液泵在間隙中間通以高速（5～50m/s）流動(dòng)的電解液。在工件與工具之間施加一定電壓，陽極工件的金屬被逐漸電解蝕除，電解產(chǎn)物被電解液帶走，直至工件表面形成與工具表面基本相似的形狀為止。2021/6/273圖中的細(xì)豎線表示通過陽極（工件）和陰極（工具）間的電流。豎線的疏密程度表示電流密度的大小加工開始時(shí)，工件陽極與工具陰極的形狀不同，工件表面上的各點(diǎn)至工具表面的距離不等，因而各點(diǎn)的電流密度不等。陽極與陰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，陽極溶解的速度也就較快，而距離較遠(yuǎn)的地方，電流密度就小，陽極溶解就慢。由于工具相對工件不斷進(jìn)給，工件表面上各點(diǎn)就以不同的溶解速度進(jìn)行溶解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，直至工件表面形成與工具表面基本相似的形狀為止。2021/6/274電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液、堿性溶液三大類。中性鹽溶液的腐蝕性小，使用時(shí)較安全，故應(yīng)用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3和NaClO3三種電解液，

2021/6/275鋼在NaCl水溶液中電解加工的電極反應(yīng)①陽極反應(yīng)Fe—2eFe+2Fe—3eFe+3

4OH-—4eO2↑+2H2O2CL-—2eCL2↑Fe+2+2OH-Fe（OH）2↓（墨綠色的絮狀物）沉淀為4Fe（OH）2+2H2O+O24Fe（OH）3↓（黃褐色沉淀）

2021/6/276②陰極反應(yīng)按可能性為2H++2eH2↑Na++eNa↓按照電極反應(yīng)的基本原理，電極電位最正的粒子將首先在陰極反應(yīng)。因此，在陰極上只會(huì)析出氫氣，而不可能沉淀出鈉。2021/6/277電解加工過程中，由于水的分解消耗，電解液的濃度逐漸變大，而電解液中的Cl-和Na+僅起導(dǎo)電作用，本身并不消耗，因此對于NaCl電解液，只要過濾干凈，適當(dāng)添加水分，就可長期使用。工具也可長期使用。

2021/6/278（１）加工范圍廣不受材料本身強(qiáng)度、硬度和韌性的限制，可加工高強(qiáng)度、高硬度和高韌性等難切削的金屬材料，如淬火鋼、鈦合金、硬質(zhì)合金、不銹鋼、耐熱合金，可加工葉片、花鍵孔、炮管膛線、鍛模等各種復(fù)雜的三維型面，以及薄壁、異形零件等。二、電解加工的特點(diǎn)2021/6/279（２）能以簡單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的型面和型腔，進(jìn)給速度可快達(dá)0.3～15mm/min。

2021/6/2710（３）表面質(zhì)量好加工中無切削力和切削熱的作用，所以不產(chǎn)生由此引起的變形和殘余應(yīng)力、加工硬化、毛刺、飛邊、刀痕等，可以達(dá)到較低的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和±0.1mm左右的平均加工精度。電解微細(xì)加工鋼材的精度可達(dá)±10～70μm。適合于加工易變形或薄壁零件。2021/6/2711（４）加工過程中工具電極理論上無損耗，可長期使用。因?yàn)楣ぞ哧帢O材料本身不參與電極反應(yīng)，其表面僅產(chǎn)生析氫反應(yīng)，同時(shí)工具材料又是抗腐蝕性良好的不銹鋼或黃銅等，所以除產(chǎn)生火花短路等特殊情況外，工具陰極基本上沒有損耗。2021/6/2712（５）加工生產(chǎn)率高約為電火花加工的5～10倍以上，在某些情況下比切削加工的生產(chǎn)率還高。且加工生產(chǎn)率不直接受加工質(zhì)量的限制，故一般適宜于大批量零件的加工。2021/6/2713電解加工缺點(diǎn)：①電解加工影響因素多，技術(shù)難度高，不易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工和保證較高的加工精度。②工具電極的設(shè)計(jì)、制造和修正較麻煩，因而很難適用于單件生產(chǎn)。③電解加工設(shè)備投資較高，占地面積較大。④電解液對設(shè)備、工裝有腐蝕作用，電解產(chǎn)物的處理和回收困難。2021/6/2714三、電解加工的基本工藝規(guī)律2021/6/27151．生產(chǎn)率及其影響因素（１）電化學(xué)當(dāng)量對生產(chǎn)率的影響電化學(xué)當(dāng)量愈大，生產(chǎn)率愈高。實(shí)際電蝕量為2021/6/2716（２）電流密度對生產(chǎn)率的影響電流密度越高，生產(chǎn)率越高，但在增加電流密度的同時(shí)，電壓也隨著增高，因此應(yīng)以不擊穿加工間隙、引起火花放電、造成局部短路為度。2021/6/2717（３）加工間隙對生產(chǎn)率的影響加工間隙越小，電解液的電阻越小，電流密度越大，蝕除速度也就越高。但間隙太小會(huì)引起火花放電或間隙通道內(nèi)電解液流動(dòng)受阻、蝕除物排除不暢，以至產(chǎn)生局部短路，反而使生產(chǎn)率下降，因此間隙較小時(shí)應(yīng)加大電解液的流速和壓力。2021/6/2718此外電源電壓、電解液種類、工件材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)都對生產(chǎn)率有影響。2021/6/27192．加工精度及其影響因素不僅與加工間隙有關(guān)，還與機(jī)床、工藝裝備、工具陰極、工件、工藝參數(shù)等諸多因素有關(guān)。

2021/6/2720提高加工精度的主要措施如下：（１）脈沖電流電解加工（２）小間隙電解加工（３）改進(jìn)電解液（４）混氣電解加工2021/6/27213．表面質(zhì)量及其影響因素（１）工件材料的合金成分、金相組織和熱處理狀態(tài)（２）工藝參數(shù)：電流密度、電解液的流速大小和溫度高低（３）工具陰極的表面質(zhì)量（4）工件表面必須除油去銹（5）電解液必須經(jīng)過濾沉淀，不含固體顆粒雜質(zhì)。2021/6/2722１．型腔加工對模具消耗較大、精度要求不太高的礦山機(jī)械、農(nóng)機(jī)、拖拉機(jī)等所需的鍛模已逐漸采用電解加工。四、電解加工的應(yīng)用2021/6/27232．型面加工渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓器、汽輪機(jī)等的葉片，葉身型面形狀比較復(fù)雜、要求精度高，加工批量大，采用機(jī)械加工難度大，生產(chǎn)率低，加工周期長，而采用電解加工則不受葉片材料硬度和韌性的限制，在一次行程中就可加工出復(fù)雜的葉身型面，生產(chǎn)率高，表面粗糙度小，電解加工整體葉輪在我國已得到普遍應(yīng)用。2021/6/27243．電解倒棱去毛刺機(jī)械加工中去毛刺的工作量很大，尤其是去除硬而韌的金屬毛刺，需要很多的人力，電解倒棱去毛刺可以大大提高工效。2021/6/27254.深孔擴(kuò)孔加工深徑比大于5的深孔，用傳統(tǒng)切削加工方法加工，刀具磨損嚴(yán)重，表面質(zhì)量差，加工效率低。目前采用電解加工方法加工φ4×2000mm、φ100×8000mm的深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生產(chǎn)率高。電解加工深孔，按工具陰極的運(yùn)動(dòng)方式可分為固定式和移動(dòng)式兩種。2021/6/27265.深小孔加工加工深小孔有兩種方法，即普通電解加工和電液束加工。2021/6/27276.型孔加工對一些形狀復(fù)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(jī)械加工很困難，可采用電解加工。2021/6/27287.套料加工用套料加工方法可以加工等截面的大面積異形孔或用于等截面薄形零件的下料。

2021/6/2729套料陰極工具1—陰極片；2—陰極體異形零件

2021/6/2730復(fù)合電解磨削是利用電解作用與機(jī)械磨削作用相結(jié)合而進(jìn)行加工的復(fù)合加工。

五、復(fù)合電解磨削2021/6/27311.復(fù)合電解磨削的基本原理復(fù)合電解磨削所用的陰極工具是含有磨粒的導(dǎo)電砂輪。電解磨削過程中，金屬主要是靠電化學(xué)作用腐蝕下來，導(dǎo)電砂輪起磨去電解產(chǎn)物陽極鈍化膜和整平工件表面的作用。2021/6/2732導(dǎo)電砂輪1與直流電源的陰極相聯(lián)，被加工工件2（硬質(zhì)合金車刀）接陽極，它在一定的壓力下與導(dǎo)電砂輪相接觸，加工區(qū)域中送入電解液3，在電解和機(jī)械磨削的雙重作用下，車刀的后刀面很快被磨光。

電解磨削原理圖

2021/6/2733電流從工件3通過電解液5而流向磨輪，形成通路，于是工件（陽極）表面的金屬在電流和電解液的作用下發(fā)生電解作用（電化學(xué)腐蝕），被氧化成為一層極薄的氧化物或氫氧化物薄膜4（陽極薄膜）。但陽極薄膜迅速被導(dǎo)電砂輪中磨粒刮除，在陽極工件上又露出新的金屬表面并被繼續(xù)電解。這樣電解作用和刮除薄膜的磨削作用交替運(yùn)行，工件被連續(xù)加工，直至達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度。1磨料砂輪，2導(dǎo)電砂輪結(jié)合劑銅或石墨，3工件，4電解產(chǎn)物（陽極鈍化薄膜），5電解液2021/6/27342.復(fù)合電解磨削的特點(diǎn)

a．加工范圍廣、加工效率高由于電解作用和工程材料的機(jī)械性能關(guān)系不大，因此，只要選擇合適的電解液就可以用來加工任何高硬度、高韌性的金屬材料。加工硬質(zhì)合金時(shí)，與普通的金剛石砂輪磨削相比，電解磨削的加工效率要高3～5倍。2021/6/2735b．工件的加工精度和表面質(zhì)量高由于砂輪只起刮除陽極薄膜的作用，磨削力和磨削熱都很小，不會(huì)產(chǎn)生磨削裂紋和燒傷現(xiàn)象，因而能提高加工表面質(zhì)量和加工精度，一般表面粗糙度可優(yōu)于Ra0.16μm。2021/6/2736c．砂輪的磨損量小普通刃磨時(shí)，碳化硅砂輪磨削硬質(zhì)合金其磨損量為硬質(zhì)合金質(zhì)量的4～6倍，電解磨削時(shí)僅為硬質(zhì)合金切除量的50%～100%；與普通金剛石砂輪磨削相比，電解磨削砂輪的損耗速度僅為它們的1/5～1/10，可顯著降低成本。采用電解磨削加工不僅比單純用金剛石砂輪磨削時(shí)效率提高2～3倍，而且大大節(jié)省金剛石砂輪，一個(gè)金剛石導(dǎo)電砂輪可用5～6年。2021/6/2737d．對機(jī)床、工具腐蝕相對較小由于電解磨削是靠砂輪磨粒來刮除具有一定硬度和粘度的陽極鈍化膜，由此電解液