特种加工第四章之电解加工PPT.ppt

第第 四四 章章电 化 学 加 工4.2电解加工的基本规律电解加工的基本规律u1.生产率及其影响因素生产率及其影响因素电解加工的生产率是以单位时间内去除的金属电解加工的生产率是以单位时间内去除的金属量来衡量的，用量来衡量的，用mmmm3 3/min/min或或g/nming/nmin表示。表示。电解加工的生产率与电解加工的生产率与工件材料的电化学当量工件材料的电化学当量、电流密度电流密度和和电解液及其参数电解液及其参数有很大的影响。有很大的影响。金属的电化学当量和生产率的关系由由实实践践得得知知，电电解解时时电电极极上上溶溶解解或或析析出出物物质质的的量量（质质量量m或或体体积积v），与与电电解解电电流流I和和电电解解时时间间t成成正正比比，即即与与电电荷荷量量（Q=It）成成正正比比，其其比比例例称称为为电电化化学学当当量量，这这一一规规律律就就是是所所谓谓的的法法拉第电解定律。拉第电解定律。（4-2）K：被电解物质的质量电化学当量：被电解物质的质量电化学当量 ：被电解物质的体积电化学当量：被电解物质的体积电化学当量 由由于于质质量量和和体体积积换换算算时时相相差差一一密密度度，因因此此质质量量电电化化学学当当量量K换换算算成成体体积积电电化化学学当当量量时时也也相差一密度相差一密度，即，即法法拉拉第第电电解解定定律律可可根根据据电电荷荷量量（电电流流乘乘以以时时间间）计计算算任任何何被被电电解解金金属属或或非非金金属属的的数数量量，并并在在理理论论上上不不受受电电解解液液质质量量分分数数、温温度度、压压力力、电电极极材料及形状等因素的影响材料及形状等因素的影响。（4-3）在在实实际际电电解解加加工工过过程程中中，在在阳阳极极上上可可能能有有O2或或CI2的的析析出出，造造成成额额外外电电荷荷量量的的消消耗耗，所所以以在在计计算算时时被被电电解解掉掉的的金金属属量量会会小小于于所所计计算算的的理理论论值值，因因此此在在实实际际应应用用时时常常引引用用一一个个电电流流效效率率，即，即 则则式式（4-2）中中的的理理论论蚀蚀除除量量成成为为如如下下实实际际蚀蚀除量除量（4-4）（4-5）电流密度和生产率的关系电流密度和生产率的关系因因为为电电流流I为为电电流流密密度度i与与加加工工面面积积A的的乘乘积积，故代入式故代入式（4-5）得得在在实实际际生生产产中中常常用用垂垂直直于于表表面面方方向向的的蚀蚀除除速速度度来衡量生产率。来衡量生产率。（4-6）由由图图4-14可可知知，蚀蚀除除掉掉的的金金属属体体积积V是是加加工工面面积积A与与电电解解掉掉的的金金属属厚厚度度(距距离离）h的的乘乘积积，即即V=Ah，而而正正极极蚀蚀除除速速度度Va=h/t,代代入入式式（4-6）即得即得由由上上式式可可知知，当当在在NaCL电电解解液液中中进进行行电电解解加加工工，=100%时时，蚀蚀除除速速度度与与该该处处的的电电流流密密度度成正比，电流密度越高，生产率也越高。成正比，电流密度越高，生产率也越高。（4-7）在在电电解解加加工工中中，若若电电解解液液压压力力和和流流速速较较高高时时，可可以以选选用用较较高高的的电电流流密密度度，但但电电流流密密度度过过高高将将会会出出现现火火花花放放电电，析析出出氧氧等等气气体体，并并使使电电解解液液温温度度过过高高，甚甚至至在在间间隙隙内内造造成成沸沸腾腾汽汽化化而而引引起起局部短路。局部短路。实实际际的的电电流流密密度度决决定定于于电电源源电电压压、电电极极间间隙隙的的大小以及电解液的电导率。大小以及电解液的电导率。电极间隙大小和蚀除速度的关系电极间隙大小和蚀除速度的关系从从实实际际加加工工中中得得知知，电电极极间间隙隙越越小小，电电解解液液的的电电阻阻也也越越小小，电电流流密密度度就就越越大大，因因此此蚀蚀除除速速度度就越高。就越高。由由图图4-14可可知知，设设加加工工间间隙隙为为，电电极极面面积积为为A，电电解解液液的的电电阻阻率率为为电电导导率率的的倒倒数数，即即=1/，则电流，则电流I为为（4-8）（4-9）将将式式（4-9）代代入入（4-7）中中得得阳阳极极工工件件的的蚀蚀除除速度为速度为由由公公式式得得知知，正正极极蚀蚀除除速速度度Va与与电电流流效效率率、体体积积电电化化学学当当量量、电电导导率率、欧欧姆姆电电压压UR成成正正比比，而而与与加加工工间间隙隙成成反反比比，即即加加工工间间隙隙越越小，工件被蚀除的速度将越大。小，工件被蚀除的速度将越大。（4-10）外外接接电电源源电电压压U为为电电解解液液的的欧欧姆姆电电压压UR、阳阳极极电压电压Ua与阴极电压与阴极电压Uc之和，即之和，即 （4-11）所所以以 （4-12）此外，此外，电源电压、电解液种类、工件材料的化学电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。成分和组织结构都对生产率有影响。由式由式（4-10）经积分推导，可求出电解时间经积分推导，可求出电解时间t和加和加工间隙工间隙的关系式：的关系式：精度成型规律端面平衡间隙：指加工过程达到稳定的加工间隙。工件蚀速度等于阴极进给速度时的加工间隙。Vc：进给速度端面平衡间隙与阴极进给速度成反比。端面平衡间隙在0.25-0.3mm左右比较合适。端面平衡间隙任任何何时时刻刻的的加加工工间间隙隙与与阴阴极极进进给给距距离离L的的关关系。系。根根据据t曲曲线线，可可以以利利用用查查图图表表法法求求任任何何时时刻刻的加工间隙。的加工间隙。法相平衡间隙侧面间隙h；进给深度进给深度Xo；起始间隙起始间隙平衡间隙理论的应用根根据据阴阴极极形形状状推推算算加加工后工件的形状尺寸：工后工件的形状尺寸：根根据据工工件件形形状状和和尺尺寸寸设计电极形状和尺寸：设计电极形状和尺寸：分析加工精度：分析加工精度：选选择择加加工工间间隙隙、电电压压、进给速度等加工参数。进给速度等加工参数。影响加工间隙的其他因素影响加工间隙的其他因素电流效率电导率加工电压加工间隙内工具形状，电场强度的分布状态电解液的流动方向表面质量表面质量的影响因素：表面质量的影响因素：（1）工件材料（成分）工件材料（成分 金相组织金相组织 热处理状态等）热处理状态等）（2）工艺参数（电流密度）工艺参数（电流密度 电解液流速和温度等）电解液流速和温度等）（3）阴极电极表面质量）阴极电极表面质量五、提高电解加工精度地途径五、提高电解加工精度地途径（一）脉冲电流电解加工（一）脉冲电流电解加工 1）消除加工间隙内电解液电导率地不均匀化。）消除加工间隙内电解液电导率地不均匀化。2）脉脉冲冲电电流流电电解解加加工工使使阴阴极极在在电电化化学学反反应应中中析析出出的的氢氢气气是是断断续续的的，呈呈脉脉冲冲状状。它它可可以以对对电电解解液液起起搅搅拌拌作作用用，有有利利于于电电解解产产物物的的去去除除，提提高高电电解加工精度。解加工精度。（二）小间隙加工（二）小间隙加工蚀蚀除除速速度度与与加加工工间间隙隙成成反反比比关关系系。加加工工间间隙隙小小，突突出出部部分分的的去去除除速速度度将将大大大大高高于于低低凹凹处处，提提高高了了整平效果。加工间隙越小，越能提高加工精度。整平效果。加工间隙越小，越能提高加工精度。（三）改进电解液（三）改进电解液钝钝化化型型电电解解液液、复复合合电电解解液液、低低质质量量分分数数的的电电解液解液。（四）混气电解加工（四）混气电解加工原原理理：将将一一定定压压力力的的气气体体（主主要要是是压压缩缩空空气气）用用混混气气装装置置使使它它与与电电解解液液混混合合在在一一起起，使使电电解解液液成成分分包包含含无无数数气气泡泡的的气气液液混混合合物物，然然后后送送入入加加工工区区进进行行电电解解加加工工。主主要要表表现现在在提提高高了了电电解解加工的成形精度，如图加工的成形精度，如图426。1工件工件 2阴极工具阴极工具 3扩散部扩散部 4混合部混合部 5引导部引导部作作用用：增增加加了了电电阻阻率率，减减少少了了杂杂散散腐腐蚀蚀，使使电电解解液液向向非非线线性性方方面面转转化化；降降低低电电解解液液的的密密度度和和粘粘度度，增加流速，均匀流场。增加流速，均匀流场。优优点点：缩缩短短了了阴阴极极工工具具的的设设计计和和制制造造周周期期，提提高高了加工精度，减少了钳工修磨量，生产率提高了。了加工精度，减少了钳工修磨量，生产率提高了。缺点缺点：附加混气设备：附加混气设备气液混合比：气液混合比：混混合合比比越越高高，非非线线性性性性能能越越好好。但但混混合合比比过过高高，增增加加了了压压缩缩空空气气的的消消耗耗量量，而而且且由由于于含含气气量量过过多多，间间隙隙电电阻阻过过大大，电电解解作作用用过过弱弱还还会会产生短路火花。产生短路火花。气压：气压：0.40.45MPa；液压：液压：0.05MPa六、电解加工的基本设备六、电解加工的基本设备包含包含直流电源、机床、电解液系统直流电源、机床、电解液系统三大部分。三大部分。（一）直流电源（一）直流电源常常用用硅硅整整流流电电源源和和晶晶闸闸管管整整流流电电源源。为为进进一一步步提提高电解加工精度，生产中采用脉冲电源加工。高电解加工精度，生产中采用脉冲电源加工。（二）机床（二）机床 1）要求要求：足够的刚性足够的刚性。进给速度的稳定性进给速度的稳定性。防腐绝缘防腐绝缘。安全措施安全措施。2）机床类型及设计要点）机床类型及设计要点阴阴极极固固定定式式机机床床、移移动动式式阴阴极极电电解解加加工工机机床床两两种种。移移动动式式机机床床又又分分为为卧卧式式和和立立式式两两类类。卧卧式式机机床床主主要要用用于于加加工工叶叶片片，深深孔孔及及其其它它筒筒型型零零件件。立立式式机机床床主主要要用用于于加加工工模模具具、齿齿轮轮、型型孔、短的花键及其它扁的零件。孔、短的花键及其它扁的零件。电解加工机床目前多采用伺服电机或直流电机无级调速的进给系统，容易实现自动进给控制。行星减速器、谐波减速器更多地采用。广泛采用滚珠丝杠传动，用滚动导轨代替滑动导轨。机机床床材材料料目目前前采采用用的的是是不不锈锈钢钢，工工作作台台面面也也可可采采用用铜铜制制，导导轨轨也也可可采采用用花花岗岗岩岩，耐耐蚀蚀水水泥泥等等。工工作作台台可可采采用用牺牺牲牲阳阳极极的的阴阴极极保保护护法法，即即在在工工作作台台四周镶上可更换的锌板。四周镶上可更换的锌板。（三）电解液系统（三）电解液系统主要由主要由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀组成组成。电解液泵采用电解液泵采用多级离心泵多级离心泵。电电解解液液净净化化方方法法有有自自然然沉沉淀淀法法、介介质质过过滤滤法法、离离心过滤法心过滤法。1电解液槽电解液槽 2过滤网过滤网 3管道管道 4泵用电泵用电动动机机 5离心泵离心泵 6加工区加工区7过滤器过滤器 8安全阀安全阀 9压力表压力表 10阀门阀门七、电解加工工艺及应用七、电解加工工艺及应用1.深孔扩孔加工深孔扩孔加工固固定定式式阴阴极极即即工工件件和和阴阴极极没没有有相相对对运运动动，如如图图所所示示。1电解液入口电解液入口 2绝缘定位套绝缘定位套 3工件工件 4工具阴极工具阴极 5密封垫密封垫6电解液出口电解液出口移移动动式式阴阴极极扩扩孔孔原原理理如如图图431a)。实实际际使使用用的的深深孔扩孔阴极孔扩孔阴极如图如图432b)所示。所示。1后引导后引导 2阴极锥体阴极锥体 3出水孔出水孔 4前引导前引导 5密封圈密封圈 6接头及出水孔接头及出水孔2.型孔加工型孔加工 图图433为型孔电解加工示意图。为型孔电解加工示意图。1机床主轴套机床主轴套2进水孔进水孔3阴极主体阴极主体4绝缘层绝缘层5工件工件6工作端面工作端面图图434为加工喷油嘴内圆弧的例子。为加工喷油嘴内圆弧的例子。1工具阴极工具阴极 2绝缘层绝缘层 3工件阳极工件阳极 4绝缘层绝缘层 3.型腔加工型腔加工 4.套料加工套料加工 5.叶片加工叶片加工 6.电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺7.电解刻字电解刻字 8.电解抛光电解抛光 电解抛光是利用金属在电解液中的电化学阳极溶电解抛光是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解对工件表面进行腐蚀抛光的，是表面光整的方法。解对工件表面进行腐蚀抛光的，是表面光整的方法。抛抛光光效效率率要要比比机机械械效效率率高高，而而且且抛抛光光后后表表面面生生成成致致密密牢牢固固的的氧氧化化膜膜，不不会会产产生生加加工工变变质质层层，也也没没有残余应力，不受材料限制，生产中常被采用。有残余应力，不受材料限制，生产中常被采用。影影响响因因素素：电电解解液液成成分分、电电参参数数、电电解解液液温温度度、金属的金相组织和原始表面状态金属的金相组织和原始表面状态。9.数控展成电解加工数控展成电解加工利利用用数数控控技技术术实实现现必必要要的的展展成成运运动动，就就可可以以用用简简单单形形状状工工具具电电极极电电解解加加工工型型腔腔、型型面面，扩扩大大了了电电解加工的应用范围。解加工的应用范围。