电解加工及基本原理PPT讲稿.ppt
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1、电解加工及基本原理第1页,共39页,编辑于2022年,星期日n电解加工(电解加工(electrochemical machiningelectrochemical machining,ECMECM)是利用金属在电解液中发生阳极)是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而去除工件上多余的材料、将溶解反应而去除工件上多余的材料、将零件加工成形的一种方法。零件加工成形的一种方法。一、电解加工的原理一、电解加工的原理第2页,共39页,编辑于2022年,星期日1-1-直流电源直流电源 2-2-工具阴极工具阴极 3-3-工工件阳极件阳极4-4-电解液泵电解液泵 5-5-电解液电解液加工时,工件接电源正极(阳极
2、),按一定形状要求制加工时,工件接电源正极(阳极),按一定形状要求制成的工具接负极(阴极),工具电极向工件缓慢进给,成的工具接负极(阴极),工具电极向工件缓慢进给,并使两极之间保持较小的间隙(通常为并使两极之间保持较小的间隙(通常为0.020.020.7mm0.7mm),利用电解液泵在间隙中间通以高速(),利用电解液泵在间隙中间通以高速(5 550m/s50m/s)流)流动的电解液。动的电解液。在工件与工具之间施加一定电压,阳极工件的金属被逐渐电在工件与工具之间施加一定电压,阳极工件的金属被逐渐电解蚀除,电解产物被电解液带走,直至工件表面形成与工解蚀除,电解产物被电解液带走,直至工件表面形成与
3、工具表面基本相似的形状为止。具表面基本相似的形状为止。第3页,共39页,编辑于2022年,星期日n图中的细竖线表示通过阳极(工件)和阴极(工具)间的电流。图中的细竖线表示通过阳极(工件)和阴极(工具)间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小竖线的疏密程度表示电流密度的大小n加工开始时,工件阳极与工具阴极的形状不同,工件表加工开始时,工件阳极与工具阴极的形状不同,工件表面上的各点至工具表面的距离不等,因而各点的电流密面上的各点至工具表面的距离不等,因而各点的电流密度不等。度不等。n阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大,电解液阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大,电解液的流速也较高,
4、阳极溶解的速度也就较快,而距离较远的的流速也较高,阳极溶解的速度也就较快,而距离较远的地方,电流密度就小,阳极溶解就慢。由于工具相对工件地方,电流密度就小,阳极溶解就慢。由于工具相对工件不断进给,工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解,不断进给,工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解,电解产物不断被电解液冲走,直至工件表面形成与工具表电解产物不断被电解液冲走,直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。面基本相似的形状为止。第4页,共39页,编辑于2022年,星期日n电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液、电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液、碱性溶液三大类。碱性溶液三大类。n中性盐溶液的腐蚀性小
5、,使用时较安全,中性盐溶液的腐蚀性小,使用时较安全,故应用最普遍。最常用的有故应用最普遍。最常用的有NaClNaCl、NaNONaNO3 3和和NaClONaClO3 3三种电解液,三种电解液,第5页,共39页,编辑于2022年,星期日钢在钢在NaClNaCl水溶液中电解加工的水溶液中电解加工的电极反应电极反应n 阳极反应阳极反应 nFeFe2e Fe2e Fe+2+2nFeFe3e Fe3e Fe+3+3 n4OH4OH-4e O4e O2 2+2H+2H2 2O O n2CL2CL-2e CL2e CL2 2 n Fe Fe+2+2+2OH+2OH-Fe Fe(OHOH)2 2(墨绿色的絮
6、(墨绿色的絮状物状物 )n沉淀为沉淀为 4Fe4Fe(OHOH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2 4Fe 4Fe(OHOH)3 3 (黄褐色沉淀)(黄褐色沉淀)第6页,共39页,编辑于2022年,星期日n 阴极反应阴极反应 按可能性为按可能性为n2H2H+2e H+2e H2 2nNaNa+e Na+e Na n按照电极反应的基本原理,电极电位最按照电极反应的基本原理,电极电位最正的粒子将首先在阴极反应。因此,在正的粒子将首先在阴极反应。因此,在阴极上只会析出氢气,而不可能沉淀出阴极上只会析出氢气,而不可能沉淀出钠。钠。第7页,共39页,编辑于2022年,星期日n电解加工过程中,由于
7、水的分解消耗,电解加工过程中,由于水的分解消耗,电解液的浓度逐渐变大,而电解液中的电解液的浓度逐渐变大,而电解液中的ClCl-和和NaNa+仅起导电作用,本身并不消耗,仅起导电作用,本身并不消耗,因此对于因此对于NaClNaCl电解液,只要过滤干净,电解液,只要过滤干净,适当添加水分,就可长期使用。适当添加水分,就可长期使用。n工具也可长期使用。工具也可长期使用。第8页,共39页,编辑于2022年,星期日()()加工范围广加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,可加工不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料,如高强度、高硬度和高韧性等难切削的金
8、属材料,如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金,淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金,可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面,以及薄壁、异形零件等。复杂的三维型面,以及薄壁、异形零件等。二、电解加工的特点二、电解加工的特点第9页,共39页,编辑于2022年,星期日n()能以简单的进给运动一次加工出()能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔,进给速度可快形状复杂的型面和型腔,进给速度可快达达0.30.315mm/min15mm/min。第10页,共39页,编辑于2022年,星期日n()表面质量好()表面质量好 n加工中
9、无切削力和切削热的作用,所以不产生由此引加工中无切削力和切削热的作用,所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等,可以达到较低的表面粗糙度(等,可以达到较低的表面粗糙度(Ra1.25Ra1.250.2m0.2m)和和0.1mm0.1mm左右的平均加工精度。电解微细加工钢左右的平均加工精度。电解微细加工钢材的精度可达材的精度可达101070m70m。n适合于加工易变形或薄壁零件。适合于加工易变形或薄壁零件。第11页,共39页,编辑于2022年,星期日n()加工过程中工具电极理论上无损耗,可长()加工过程中工具电极理论上无损耗,可
10、长期使用。期使用。n因为工具阴极材料本身不参与电极反应,其表面仅产因为工具阴极材料本身不参与电极反应,其表面仅产生析氢反应,同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈生析氢反应,同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等,所以除产生火花短路等特殊情况外,工钢或黄铜等,所以除产生火花短路等特殊情况外,工具阴极基本上没有损耗。具阴极基本上没有损耗。第12页,共39页,编辑于2022年,星期日n()加工生产率高()加工生产率高n 约为电火花加工的约为电火花加工的5 51010倍以上,在某些情况下倍以上,在某些情况下比切削加工的生产率还高。比切削加工的生产率还高。n且加工生产率不直接受加工质量的限制,故一般
11、且加工生产率不直接受加工质量的限制,故一般适宜于大批量零件的加工。适宜于大批量零件的加工。第13页,共39页,编辑于2022年,星期日电解加工缺点:n 电解加工影响因素多,技术难度高,不易实电解加工影响因素多,技术难度高,不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。现稳定加工和保证较高的加工精度。n 工具电极的设计、制造和修正较麻烦,因而很难适工具电极的设计、制造和修正较麻烦,因而很难适用于单件生产。用于单件生产。n 电解加工设备投资较高,占地面积较大。电解加工设备投资较高,占地面积较大。n 电解液对设备、工装有腐蚀作用,电解产物的电解液对设备、工装有腐蚀作用,电解产物的处理和回收困难。处理和回收困
12、难。第14页,共39页,编辑于2022年,星期日三、电解加工的基本工艺规律三、电解加工的基本工艺规律第15页,共39页,编辑于2022年,星期日1 1生产率及其影响因素生产率及其影响因素n()电化学当量对生产率的影响()电化学当量对生产率的影响 n电化学当量愈大,生产率愈高。电化学当量愈大,生产率愈高。n实际电蚀量为实际电蚀量为第16页,共39页,编辑于2022年,星期日n()电流密度对生产率的影响()电流密度对生产率的影响 n电流密度越高,生产率越高,但在增加电流密度越高,生产率越高,但在增加电流密度的同时,电压也随着增高,因电流密度的同时,电压也随着增高,因此应以不击穿加工间隙、引起火花放
13、电、此应以不击穿加工间隙、引起火花放电、造成局部短路为度。造成局部短路为度。第17页,共39页,编辑于2022年,星期日n()加工间隙对生产率的影响()加工间隙对生产率的影响 n加工间隙越小,电解液的电阻越小,电加工间隙越小,电解液的电阻越小,电流密度越大,蚀除速度也就越高。流密度越大,蚀除速度也就越高。n但间隙太小会引起火花放电或间隙通道但间隙太小会引起火花放电或间隙通道内电解液流动受阻、蚀除物排除不畅,内电解液流动受阻、蚀除物排除不畅,以至产生局部短路,反而使生产率下降,以至产生局部短路,反而使生产率下降,因此间隙较小时应加大电解液的流速和因此间隙较小时应加大电解液的流速和压力。压力。第1
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