电解加工

电解加工1概述2电化学加工(ElectrochemicalMachining，ECM)是特种加工的一个重要分支，目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺，被广泛应用于众多领域。根据加工原理，电化学加工可分为以下三大类：(1)利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料（电解加工）。(2)利用电化学阴极沉积的原理进行镀覆加工。(3)利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工。3类别加工方法及原理应用Ⅰ电解加工(阳极溶解)电化学抛光(阳极溶解)用于形状尺寸加工用于表面加工Ⅱ电镀(阴极沉积)电铸(阴极沉积)用于表面加工用于形状尺寸加工Ⅲ电极磨削(阳极溶解、机械磨削)电解放电加工(阳极溶解、电火花蚀除)用于形状尺寸加工用于形状尺寸加工电化学加工的分类电化学加工基本原理4电化学反应过程将两铜片插入CuCl2中，溶液中含有OH－和Cl－负离子及H＋和Cu2+正离子，当两铜片分别连接直流电源的正、负极时，即形成导电通路。在外电场的作用下，金属导体及溶液中的自由电子定向运动，铜片电极和溶液的界面上将发生得失电子的电化学反应。溶液中的Cu2+正离子向阴极移动，在阴极表面得到电子而发生还原反应，沉积出铜。阳极表面，Cu原子失去电子发生氧化反应，成为Cu2+正离子进入溶液。5电化学反应过程图在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应即称为电化学反应，利用这种电化学反应作用加工金属的方法就是电化学加工。其中，阳极上为电化学溶解，阴极上为电化学沉积。电化学加工基本原理电解加工6电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。电解加工是特种加工技术中应用最广泛的技术之一，尤其适合于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工。电解加工基本原理基本原理：金属在电解液中的“电化学阳极溶解”。在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源（如图），使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.1～0.8mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。开始时，两极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。电解加工随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。12345VA1—直流电源；2—工具电极；3—工件阳极；4—电解液泵；5—电解液－＋电解加工电解加工过程及其特点91.电解加工的特点(1)加工范围广（不受金属材料硬度和强度限制）。(2)生产率高，约为电火花的5-10倍，有时比切削高。(3)加工质量好，无切削力和切削热，表面无残余应力。(4)可用于加工薄壁和易变形零件。(5)工具阴极无损耗。10电解加工的问题电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到0.15～0.30mm。附属设备多，造价贵，占地面积大。电解液腐蚀机床，电解液的处理也较困难，污染环境。电解加工过程及其特点11电解加工机理电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。电解加工中的电极反应标准电极电位的高低决定在一定条件下对应金属离子参与电极反应的顺序。电解加工过程及其特点12电解加工的基本规律电解加工工艺需考虑生产率、加工精度和表面质量三个方面。（1）生产率电解加工的生产率以单位时间去除的金属体积或质量衡量。金属阳极溶解时，其溶解量与通过的电量符合法拉第定律。法拉第定律：V=nwIt(体积=电流效率x电化学当量x电流x电解时间)13电解加工的基本规律（2）加工精度脉冲电流电解加工可明显提高加工精度；混气电解加工可提高加工精度，简化工具阴极的设计与制造；采用小间隙加工，对提高加工精度和生产率都有利。间隙过小引起火花放电；采用低浓度电解液，表面质量和加工精度都提高，但效率低；采用复合电解液，可保持高效率，又能提高加工精度。14电解加工的基本规律（3）表面质量工具阴极粗糙，其表面条纹和刻痕等都会“复印”在工件表面；电流密度低，阳极溶解均匀；电解液流速过低，电解产物排除不及时造成表面缺陷；过高，电流场可能不均匀，形成局部真空影响表面质量；电解液温度过低，阳极溶解不均匀或形成黑膜；过高，则阳极表面局部剥落。工件材料合金成分多，引起溶解速度不均匀，影响表面粗糙度。电解加工的基本规律151.电解加工生产率金属阳极溶解时，其溶解量与通过的电量符合法拉第定律。2.电流效率法拉第定律可用于根据电量计算任何被溶解物质的数量，理论上不受电解液成分、浓度、温度、压力以及电极材料、形状等因素的影响。3.电解加工速度类似于一般机械加工，希望掌握在工件被加工表面法线方向上的去除(加工)线速度。4.加工间隙加工间隙是电解加工的核心工艺要素，它直接影响加工精度、表面质量和生产率，也是设计工具阴极和选择加工参数的主要依据。电解液16电解液的作用电解液是电解池的基本组成部分，是产生电解加工阳极溶解的载体。电解液的主要作用是：(1)与工件阳极及工具阴极组成进行电化学反应的电极体系，实现所要求的电解加工过程，同时所含导电离子也是电解池中传送电流的介质，这是其最基本的作用。(2)排除电解产物，控制极化，使阳极溶解能正常连续进行。(3)及时带走电解加工过程中所产生的热量，使加工区不致过热而引起沸腾、蒸发，以确保正常的加工。17对电解液的要求对电解液总的要求是加工精度和效率高、表面质量好、实用性强。对电解液的基本要求包括以下四个主要方面：(1)电化学特性方面（正负离子并存，只有可逆反应不相互影响）。(2)物理特性方面（高溶解度、大离解度、低粘度等）。(3)稳定性方面（消耗性组分尽量少等）。(4)实用性方面（价格低廉、无毒安全，寿命长等）。电解液18常用电解液及其选择原则1)电解液选择的原则粗加工重点解决效率；精加工侧重加工精度和表面质量；高温合金叶片侧重保加工精度；钛合金则侧重表面质量。2)常用电解液常用的电解液为中性电解液中的NaCl、NaNO3及NaClO3三种。3)低浓度复合电解液近年开发的低浓度复合电解液在改善钛合金加工及镍基铸造合金的表面质量以及提高铁基合金或金属的加工精度上有显著的效果。电解液19电解液的流动形式图电解液电解加工设备20电解加工设备的组成：包括机床本体、整流电源、电解液系统三个主要实体以及相应的控制系统。电解加工设备的基本要求(1)机床刚性强。(2)进给速度稳定性高。(3)设备耐腐蚀性好。(4)电气系统抗干扰性强。(5)大电流传导性好。(6)安全措施完备。21电解加工机床1)电解加工机床的主要类型立式机床卧式机床固定阴极式机床2)电解加工机床的主要部件床身工作箱主轴头进给系统导电系统电解加工设备22电解加工电源电解加工时利用单方向的电流对阳极工件进行溶解的，必须是直流电源。间隙小，电压在8-24V，要稳定。但需要几千至几万安培的电流。电解加工要求直流电源（主力），首先使交流电经过整流变为直流电，根据整流方式不同，电解电源可分三类：直流发电机组、硅整流电源和可控硅整流电源。应用脉冲电源可进行脉冲电流加工，改善表面质量。电解加工设备23电解液系统电解液系统的作用是向加工区供应一定压力、足够流量和适宜温度的干净电解液。它主要由泵、电解液槽、过滤器、管道、阀、流量计、热交换器等组成。控制系统电解加工控制系统必须包括参数控制、循环控制、保护和连锁三个组成部分。电解加工设备电解加工的应用24（1）模具型腔加工电解加工适应难加工材料（高镍合金钢、粉末合金）、复杂结构的优势。电解加工在模具制造领域中已占据了重要地位。（2）叶片型面加工这类加工效率高，生产周期短；加工质量好；但设备、阴极均较复杂，须采用三头或斜向进给机床、复合双动阴极。国外自动生产线上已采用此方案，国内开始试制。（3）型孔及小孔加工图电解加工整体叶轮空心水套管叶片阴极片分度阴极片进给电解液电解加工的应用264.枪、炮管膛线加工传统的枪管膛线制造工艺为挤线法，该法生产效率高，但挤线冲头制造困难，毛坯材料损耗严重，且校正、电镀、回火等辅助工序较多。5.整体叶轮加工通常整体叶轮多为不锈钢、钛合金或高温耐热合金等难切削材料；再加之其为整体结构且叶片型面复杂，使得其制造非常困难。6.电解去毛刺电解去毛刺的加工间隙较大，加工时间又很短，因而工具阴极不需要相对工件进给运动，即可采用固定阴极加工方式，机床不需要工作进给系统及相应的控制系统。电解加工的应用277.数控展成电解加工数控展成电解加工工具阴极形状简单(棒状、球状及条状)，设计制造方便，且适用范围广，大大缩短了生产准备周期，因而可适应多品种、小批量生产趋势，弥补电解加工在小量、单件加工时经济性差的缺点。8.微精电解加工目前微精电解加工还处于研究和试验阶段，其应用还局限于一些特殊的场合，如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果，精度已可达微米级。电解加工的应用