精密与超精密加工课件第4章.ppt

《精密与超精密加工课件第4章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精密与超精密加工课件第4章.ppt（106页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电化学加工技术电化学加工技术第四章第四章 电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术 电化学加工（电化学加工（Electrochemical Electrochemical Machining Machining 简称简称ECMECM）包括从工件上去除金）包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类。涂覆加工两大类。电化学加工技术电化学加工技术4.1 4.1 电化学加工的原理与分类电化学加工的原理与分类 一一.电化学加工的原理电化学加工的原理 1.电化学加工过程电化学加工过程 图图4-1 电解液中的电化学反应电解液中

2、的电化学反应电化学加工技术电化学加工技术2.电解质溶液电解质溶液 凡溶于水后能导电的物质叫做凡溶于水后能导电的物质叫做电解质电解质；如盐酸；如盐酸(HCl)、硫酸硫酸(H2SO4)、氢氧化钠、氢氧化钠(NaOH)、食盐、食盐(NaCl)、硝酸钠、硝酸钠(NaNO3)、氯酸钠、氯酸钠(NaClO3)等酸、碱、盐都是电解质。等酸、碱、盐都是电解质。电解质与水形成的溶液为电解质溶液，简称为电解质与水形成的溶液为电解质溶液，简称为电解液电解液。电化学加工技术电化学加工技术3.电极电位电极电位电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术 当离子质量浓度改变时，电极电位也随着改变，可用“能斯特

3、公式”换算，下式是在25时的简化式 式中式中 平衡电极电位差（平衡电极电位差（V）；）；标准电极电位差（标准电极电位差（V）；）；n 电极得失电子数，即离子价数；电极得失电子数，即离子价数；离子的有效质量分数；离子的有效质量分数；“+”用于计算金属，用于计算金属，“-”用于计算非金属的电极电位。用于计算非金属的电极电位。电化学加工技术电化学加工技术4.电极的极化电极的极化 以上讨论的平衡电极电位是没有电流通过电极时的情况，当有电流通过时，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极的电极电位向正移(代数值增大)、阴极的电极电位向负移(代数值减小)，这种现象称为极化极化，如图45所示。极化后的电极电位与平衡电

4、位的差值称为超电位超电位，随着电流密度的增加，超电位也增加。电化学加工技术电化学加工技术（1）浓差极化 在阳极过程中，金属不断溶解的条件之一是生成的金属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散。然而扩散与迁移的速度是有一定限度的，在外电场的作用下，如果阳极表面液层中金属离子的扩散与迁移速度较慢，来不及扩散到溶液中去，使阳极表面造成金属离子堆积，引起了电位值增大(即阳极电位向正移)，这就是浓差极化浓差极化。（2）电化学极化 电化学极化主要发生在阴极上，从电源流入的电子来不及转移给电解液中的H+离子而在阴极上积累过多的电子，使阴极电位向负移，从而形成了电化学极化电化学极化。电化学加工技术电化学加工技术

5、5.金属的钝化和活化金属的钝化和活化 金属在某些电解液中电解时，当电流密度增加到一定值后，金属的溶解速度在大电流密度下维持一段时间后反而急剧下降，使铁成稳定状态不再溶解。电解过程中的这种现象称阳极钝化（电化学钝化），简称钝化。钝化原因：成相理论成相理论和吸附理论吸附理论。成相理论成相理论认为，金属与溶液作用后在金属表面上形成了一层紧密的极薄的膜，通常是由氧化物、氢氧化物或盐组成，从而使金属表面失去了原来具有的活泼性质，使溶解过程减慢。电化学加工技术电化学加工技术吸附理论吸附理论认为，金属的钝化是由于金属表面形成了氧的吸附层引起的。它可以是氧原子、氧离子、氢氧根离子等。活化的方法：活化的方法：1

6、）把溶液加热；2）通入还原性气体或加入某些活性离子等等；3）采用机械办法破坏钝化膜；4）电源反接。电化学加工技术电化学加工技术二二.电化学加工的分类电化学加工的分类电化学加工有三种不同的类型。电化学加工有三种不同的类型。第第类类是利用电化学是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；化学抛光等；第第类类是利用电化学反应过程中的阴极沉积是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；来进行加工，主要有电镀、电铸等；第第 类类是利用电化是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工艺进行学加工与

7、其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中其中还含有电火花放电作用还含有电火花放电作用)。电化学加工的类别如表。电化学加工的类别如表1所示。所示。电化学加工技术电化学加工技术表表1 电化学加工分类电化学加工分类电化学加工技术电化学加工技术三三.电化学加工的适用范围电化学加工的适用范围电电化化学学加加工工的的适适用用范范围围，因因电电解解和和电电镀镀两两大大类类工工艺艺的的不同而不同。不同而不同。电电解解加加工工可可以以加加工工复复杂杂成成型型模模具具和和零零件件，例例如如汽汽车车、拖拖拉拉机机连连杆杆

8、等等各各种种型型腔腔锻锻模模，航航空空、航航天天发发动动机机的的扭扭曲曲叶叶片片，汽汽轮轮机机定定子子、转转子子的的扭扭曲曲叶叶片片，齿齿轮轮、液液压压件件内内孔孔的的电解去毛刺及扩孔、抛光等。电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。电化学加工技术电化学加工技术4.2 4.2 电解加工电解加工 电电解解加加工工（ECM）是是继继电电火火花花加加工工之之后后发发展展较较快快、应应用用较较广广泛泛的的一一项项新新工工艺艺，目目前前在在国国内内外外已已成成功功地地应应用用于于枪枪炮炮、航航空空发发动动机机、火火箭箭等等的的制制造造工工业业，在

9、在汽汽车车、拖拖拉拉机机、采采矿矿机机械械的的模模具具制制造造中中也也得得到到了了应应用用，故故在在机机械械制制造业中，已成为一种不可缺少的工艺方法。造业中，已成为一种不可缺少的工艺方法。电化学加工技术电化学加工技术一、电解加工过程及其特点一、电解加工过程及其特点 1 1概念概念 电电解解加加工工是是利利用用金金属属在在电电解解液液中中的的电电化化学学阳阳极极溶溶解解原原理理并并借借助助于于成成型型的的阴阴极极，将将工工件件按按一一定定的的形形状状和和尺尺寸寸加加工成型的一种工艺方法。工成型的一种工艺方法。随随着着工工件件表表面面金金属属材材料料的的不不断断溶溶解解，工工具具阴阴极极不不断断地

10、地向向工工件件进进给给，溶溶解解的的电电解解产产物物不不断断地地被被电电解解液液冲冲走走，工工件件表表面面也也就就逐逐渐渐被被加加工工成成接接近近于于工工具具电电极极的的形形状状，如如此此下去直至将工具的形状复制到工件上。下去直至将工具的形状复制到工件上。电化学加工技术电化学加工技术图图4-2 电解加工原理图电解加工原理图电化学加工技术电化学加工技术2 2应具备的工艺条件：应具备的工艺条件：（1）工件阳极和工具阴极间保持很小的间隙，一般在）工件阳极和工具阴极间保持很小的间隙，一般在0.11mm范围内；范围内；（2）电解液从加工间隙中不断高速（）电解液从加工间隙中不断高速（550m/s）流过（通

11、）流过（通常取常取630m/s），且间隙具有一定压力（），且间隙具有一定压力（0.52MPa）；）；（3）工件阳极和工具阴极分别和直流电源（）工件阳极和工具阴极分别和直流电源（1024V）连）连接。接。电化学加工技术电化学加工技术 3 3电解加工成型原理电解加工成型原理 电解加工成型原理如图电解加工成型原理如图4-7所示，图中的细竖线表示通所示，图中的细竖线表示通过阴极（工具）与阳极（工件）间的电流，竖线的疏密过阴极（工具）与阳极（工件）间的电流，竖线的疏密程度表示电流密度的大小。在加工刚开始时，阴极与阳程度表示电流密度的大小。在加工刚开始时，阴极与阳极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液

12、的流速极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也常较高，阳极溶解速度也就较快，见图也常较高，阳极溶解速度也就较快，见图4-7a。由于工。由于工具相对工件不断进给，工件表面就不断被电解，电解产具相对工件不断进给，工件表面就不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极工作面物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极工作面基本相似的形状为止，如图基本相似的形状为止，如图4-7b所示。所示。电化学加工技术电化学加工技术图图4-2 电解加工成型原理电解加工成型原理电化学加工技术电化学加工技术 4 4电解加工特点电解加工特点电解加工与其他加工方法相比较，具有下述特点：电解加工与其他

13、加工方法相比较，具有下述特点：1）加加工工范范围围广广，不不受受金金属属材材料料本本身身力力学学性性能能的的限限制制，可可以以加加工工硬硬质质合合金金、淬淬火火钢钢、不不锈锈钢钢、耐耐热热合合金金等等高高硬硬度度、高高强强度及韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。度及韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。2）电电解解加加工工的的生生产产率率较较高高，约约为为电电火火花花加加工工的的5-10倍倍，在在某某些些情情况况下下，比比切切削削加加工工的的生生产产率率还还高高，且且加加工工生生产产率率不不直直接受加工精度和表面粗糙度的限制。接受加工精度和表面粗糙度的限制。3）加工表面质

14、量好。一般表面粗糙度为）加工表面质量好。一般表面粗糙度为Ra1.250.2m。4）加工过程中不会产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。）加工过程中不会产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。电化学加工技术电化学加工技术5）工工具具电电极极无无损损耗耗。加加工工过过程程中中阴阴极极工工具具在在理理论论上上不不会会耗耗损损，可长期使用。可长期使用。电解加工的主要弱点和局限性为：电解加工的主要弱点和局限性为：1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。2）电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生）电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产。产。3）电解加工

15、的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够）电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够的刚性和防腐性能高。对电解加工而言，一次性投资较大。的刚性和防腐性能高。对电解加工而言，一次性投资较大。4）电解产物需进行三废处理，防止污染环境。）电解产物需进行三废处理，防止污染环境。电化学加工技术电化学加工技术二、电解加工时的电极反应二、电解加工时的电极反应 电解加工时电极间的反应是相当复杂的，这主要是一般电解加工时电极间的反应是相当复杂的，这主要是一般工件材料不是纯金属，而是多种金属元素的合金，其金相工件材料不是纯金属，而是多种金属元素的合金，其金相组织也不完全一致。所用的电解液往往也不是该金属

16、盐的组织也不完全一致。所用的电解液往往也不是该金属盐的溶液，而且还可能含有多种成分。电解液的浓度、温度、溶液，而且还可能含有多种成分。电解液的浓度、温度、压力及流速等对电极过程也有影响，现以在压力及流速等对电极过程也有影响，现以在NaCl水溶液中水溶液中电解加工铁基合金为例分析电极反应。电解加工铁基合金为例分析电极反应。在在NaCl电解液中存在着电解液中存在着H+、OH-、Na+、Cl-四种离子，四种离子，现分别讨论其阳极反应及阴极反应。现分别讨论其阳极反应及阴极反应。电化学加工技术电化学加工技术（1）阳极可能的电化学反应 根据电极反应过程的基本原理，电极电位最负的物质将首先在阳极反应。电化学

17、加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术 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。（2）阴极可能的电极反应电化学加工技术电化学加工技术三、电解加工设备三、电解加工设备电解加工的基本设备包括直流电源、机床及电解液系电解加工的基本设备包括直流电源、机床及电解液系统三大部分。统三大部分。1、直流电源直流电源电解加工常用的直流电源为电解加工常用的直流电源为硅整流电源硅整流电源和和晶闸管整流晶闸管整流电源电源，其主要特点及应用见表，其主要特点及应用见表2。电化学加工技术电化学加工技术表表2 直流电源的特点及应用直流电源的特点及应用电化学加工技术电化学加工技术2、机床机床电解

18、加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。它与一般金属切削并实现其相对运动，传送电和电解液。它与一般金属切削机床相比，有其特殊要求：机床相比，有其特殊要求：（1）有足够的刚性）有足够的刚性 （2）稳定的进给速度）稳定的进给速度 （3）防腐绝缘与好的安全措施）防腐绝缘与好的安全措施电化学加工技术电化学加工技术3、电解液系统电解液系统（1）电解液的主要作用）电解液的主要作用 在在电电解解加加工工过过程程中中，电电解解液液不不仅仅作作为为导导电电介介质质传传递递电电流流，而而且且在在电电场场的的作作用用下下进进行行化化学

19、学反反应应，使使阳阳极极溶溶解解能能顺顺利利而而有有效效地地进进行行，这这一一点点与与电电火火花花加加工工的的工工作作液液的的作作用用是是不不同同的的。同同时时电电解解液液也也担担负负着着及及时时把把加加工工间间隙隙内内产产生生的的电电解解产产物和热量带走的任务，起到更新和冷却的作用物和热量带走的任务，起到更新和冷却的作用。电化学加工技术电化学加工技术（2）对电解液的基本要求）对电解液的基本要求 1）应应是是强强电电解解质质，即即生生产产率率要要高高，这这就就要要求求电电解解质质在在溶溶液液中中有有较较高高的的溶溶解解度度和和离离解解度度，具具有有很很高高的的电电导导率率。例例如如NaCl水水

20、溶溶液液中中NaCl几几乎乎能能完完全全离离解解为为Na+、C1-离离子子，并并与水的与水的H+、OH-离子能共存。离子能共存。2）在在工工件件阳阳极极上上应应优优先先进进行行金金属属离离子子的的阳阳极极溶溶解解，电电解解液液中中所所含含的的阴阴离离子子应应具具有有较较正正的的标标准准电电位位，如如Cl-等等，以以免免在在阳极上产生析氧等副反应，降低电流效率。阳极上产生析氧等副反应，降低电流效率。电化学加工技术电化学加工技术 3）电解液中的）电解液中的金属阳离子不应在阴极上产生放电反应而沉金属阳离子不应在阴极上产生放电反应而沉积到阴极工具上积到阴极工具上，以免改变工具的形状及尺寸。因此，在，以

21、免改变工具的形状及尺寸。因此，在选用的电解液中所含金属阳离子必须具有较负的标准电极选用的电解液中所含金属阳离子必须具有较负的标准电极电位，如电位，如Na+、K+等。等。4）阳极反应的最终产物应是）阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物不溶性的化合物，以便于净化，以便于净化处理。处理。5）粘度要尽可能的低粘度要尽可能的低，以加快热量和产物的排出。，以加快热量和产物的排出。6）电解液成分在加工中不消耗电解液成分在加工中不消耗，以保证电解液的长期使用。，以保证电解液的长期使用。7）对设备的腐蚀性小对设备的腐蚀性小，对人体无害，价格便宜等。，对人体无害，价格便宜等。电化学加工技术电化学加工技术（3）电解

22、液的特性）电解液的特性杂散腐蚀性、电流效率曲线、非线性性杂散腐蚀性、电流效率曲线、非线性性 电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术4三种常用电解液性能三种常用电解液性能 电解液可分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类。电解液可分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类。其中中性盐溶液的腐蚀性较小，使用时较为安全，故应用最广。其中中性盐溶液的腐蚀性较小，使用时较为安全，故应用最广。常用的电解液有常用的电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3 三种。三种。（1）NaCl 电解液价廉易得，对大多数金属而言，其电流效电解液价廉易得，对大多数金属而言，其电流效率均很高，加工过

23、程中损耗小并可在低浓度下使用，应用很广。率均很高，加工过程中损耗小并可在低浓度下使用，应用很广。其缺点是电解能力强，散腐蚀能力强，使得离阴极工具较远的其缺点是电解能力强，散腐蚀能力强，使得离阴极工具较远的工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床设备腐蚀性大，故适用于加工速度快而精度要求不高的工件加设备腐蚀性大，故适用于加工速度快而精度要求不高的工件加工。工。常用的电解液温度为常用的电解液温度为2535，但加工钛合金时，必须在，但加工钛合金时，必须在40以上。以上。电化学加工技术电化学加工技术 （2）NaNO3电解液是一种钝化型

24、电解液，在浓度低于电解液是一种钝化型电解液，在浓度低于30%时，时，对设备、机床腐蚀性很小，使用安全，成型精度比较高，价格对设备、机床腐蚀性很小，使用安全，成型精度比较高，价格也不高。但生产效率低，需较大电源功率，加工时在阴极有氨也不高。但生产效率低，需较大电源功率，加工时在阴极有氨气析出，气析出，NaNO3 会被消耗。会被消耗。（3）NaClO3电解液的散蚀能力小，故加工精度高，对机床、电解液的散蚀能力小，故加工精度高，对机床、设备等的腐蚀很小，广泛地应用于高精度零件的成型加工。然设备等的腐蚀很小，广泛地应用于高精度零件的成型加工。然而，价格较贵，且而，价格较贵，且NaClO3是一种强氧化剂

25、，虽不自燃，但遇热是一种强氧化剂，虽不自燃，但遇热分解的氧气能助燃，因此使用时要注意防火安全。分解的氧气能助燃，因此使用时要注意防火安全。由于使用过程中，由于使用过程中，NaClO3电解液中的电解液中的ClO3离子不断增加，离子不断增加，电解液消耗，且电解液消耗，且ClO3离子增加后杂散腐蚀作用增加，故在加离子增加后杂散腐蚀作用增加，故在加工过程中要注意工过程中要注意ClO3离子质量浓度的变化。离子质量浓度的变化。电化学加工技术电化学加工技术5电解液中加添加剂及复合电解液电解液中加添加剂及复合电解液 几种常用电解液都有一定缺点，为此，在电解液中使用添加几种常用电解液都有一定缺点，为此，在电解液

26、中使用添加剂是改善其性能的重要途径。剂是改善其性能的重要途径。例如，为了减少例如，为了减少NaCl电解液的散蚀能力，可加入少量磷酸盐电解液的散蚀能力，可加入少量磷酸盐等，使阳极表面产生钝化性抑制膜，以提高成型情度。等，使阳极表面产生钝化性抑制膜，以提高成型情度。NaNO3电解液虽有成形精度高的优点，但其生产率低，可添加少量电解液虽有成形精度高的优点，但其生产率低，可添加少量NaCl，使其加工精度及生产率均较高。为改善加工表面质量，使其加工精度及生产率均较高。为改善加工表面质量，可添加络合剂、光亮剂等。如添加少量可添加络合剂、光亮剂等。如添加少量NaF，可改善表面粗糙，可改善表面粗糙度。为减轻电

27、解液的腐蚀性，用缓蚀添加剂等。度。为减轻电解液的腐蚀性，用缓蚀添加剂等。电化学加工技术电化学加工技术6电解液的流速及流向电解液的流速及流向 加工过程中电解液必须具有足够的流速，以便把氢加工过程中电解液必须具有足够的流速，以便把氢气、金属氢氧化物等电解产物冲走，把加工区的大量气、金属氢氧化物等电解产物冲走，把加工区的大量热量带走。电解液的流速一般约在热量带走。电解液的流速一般约在10m/s左右，电流密左右，电流密度增大时，流速要相应增加。流速的改变是靠调节电度增大时，流速要相应增加。流速的改变是靠调节电解液泵的出水压力来实现的。解液泵的出水压力来实现的。电解液的流向一般有如图电解液的流向一般有如

28、图4-13所示三种情况。所示三种情况。电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术7电解液出水口的布局电解液出水口的布局 图图4-14a会出现流线分布不到的死水区（图中以十会出现流线分布不到的死水区（图中以十号表示），该处没有或很少有电解液通过，工件的溶号表示），该处没有或很少有电解液通过，工件的溶解速度将低于其它部位，加工时就容易产生火花或短解速度将低于其它部位，加工时就容易产生火花或短路。如按图路。如按图4-14b那样适当修改出液槽的形状，就可纠那样适当修改出液槽的形状，就可纠正这一缺点。当电解液作反向流动时，不易产生缺乏正这一缺点。当电解液作反向流动时，不易产生缺乏流体的死水

29、区。流体的死水区。电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术四、电解加工的基本规律四、电解加工的基本规律 1 1法拉第定律法拉第定律法拉第定律包含两项内容：法拉第定律包含两项内容：（1 1）在电极的两相界面处发生）在电极的两相界面处发生电化学反应的物质的量电化学反应的物质的量与通过与通过的的电量电量成正比。即法拉第第一定律。成正比。即法拉第第一定律。（2 2）在电极上溶解或析出）在电极上溶解或析出一克当量的任何物质一克当量的任何物质所需的所需的电量电量是是一样的，与物质的本身性质无关。即法拉第第二定律。一样的，与物质的本身性质无关。即法拉第第二定律。根

30、据法拉第第二定律：电极上溶解或析出一克当量的物质所需根据法拉第第二定律：电极上溶解或析出一克当量的物质所需的电量一样，这一常数称为法拉第常数的电量一样，这一常数称为法拉第常数F F，F=96500F=96500为库仑。为库仑。根据法拉第第一定律：根据法拉第第一定律：M=kQ=kItM=kQ=kIt电化学加工技术电化学加工技术令（称体积电化学当量）电化学加工技术电化学加工技术2电流效率电流效率 电解加工实践和实验均表明，实际电解加工过程电解加工实践和实验均表明，实际电解加工过程阳极金属的溶解量与上述按法拉第定律进行理论计算阳极金属的溶解量与上述按法拉第定律进行理论计算的溶解量有差别，通常是实际溶

31、解量小于理论计算量，的溶解量有差别，通常是实际溶解量小于理论计算量，但也有实际溶解量大于理论计算量。但也有实际溶解量大于理论计算量。（1）实际溶解量小于理论计算量的原因：）实际溶解量小于理论计算量的原因：除阳极溶解还有其他副反应发生，消耗一部分电量；除阳极溶解还有其他副反应发生，消耗一部分电量；有部分实际溶解金属的原子价比理论计算假设的原子有部分实际溶解金属的原子价比理论计算假设的原子价要高。价要高。电化学加工技术电化学加工技术（2）实际溶解量大于理论计算量的原因：）实际溶解量大于理论计算量的原因：金属溶解过程中发生金属块状剥落；金属溶解过程中发生金属块状剥落；有部分实际溶解金属的原子价比理论

32、计算假设的有部分实际溶解金属的原子价比理论计算假设的原子价要低。原子价要低。我们定义电流效率：我们定义电流效率：电化学加工技术电化学加工技术3加工速度加工速度（1）体积加工速度）体积加工速度 单位时间内所去除的体积（单位时间内所去除的体积（mm3/min），），（2）深度加工速度）深度加工速度 单位时间内所加工的深度（单位时间内所加工的深度（mm/min），），设电设电极不极不圆圆形，其截面形，其截面积为积为S，匀速加工，匀速加工，则经过时间则经过时间t所加工体所加工体积为积为：电化学加工技术电化学加工技术令令 I/S=i，则则电化学加工技术电化学加工技术例例1 设用设用NaCl电解液在软钢上

33、加工电解液在软钢上加工4070mm的方的方孔，深度为孔，深度为50mm，若要求在，若要求在10分钟内加工完，求分钟内加工完，求需要用多大电流？如电源最大容量为需要用多大电流？如电源最大容量为5000A，则此，则此时应改用的进给速度为多少？加工所需时间多少时应改用的进给速度为多少？加工所需时间多少？电化学加工技术电化学加工技术例例2 某厂用某厂用NaCl电解液电解加工一批零件，要求电解液电解加工一批零件，要求在在64mm厚的低碳钢板上加工厚的低碳钢板上加工25mm的通孔。已知的通孔。已知中空电极内孔直径为中空电极内孔直径为13.5mm，每个孔限，每个孔限5min加加工完，求需用多大电流？如电解电

34、流用工完，求需用多大电流？如电解电流用5000A，则，则电解时间需多少？电解时间需多少？电化学加工技术电化学加工技术4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实际加工中我们知道，电极间隙愈小，电解液从实际加工中我们知道，电极间隙愈小，电解液的电阻也愈小，电流密度就愈大，因此蚀除速度的电阻也愈小，电流密度就愈大，因此蚀除速度就愈高。就愈高。图图4-16中，设电极间隙为中，设电极间隙为，电极面积为，电极面积为S，电解液的电阻率，电解液的电阻率为电导率为电导率的倒数，即的倒数，即 ，则电流，则电流 I 为为电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术5平衡间隙理论平衡间

35、隙理论（1 1）端面平衡间隙）端面平衡间隙图图4-18中，设电解加工开始的起始间隙为中，设电解加工开始的起始间隙为则此时的蚀除速度则此时的蚀除速度设阴极以恒定速度设阴极以恒定速度 向工件进给，则加工间隙逐向工件进给，则加工间隙逐渐减少，而蚀除速度相应增大。设工件足够厚，随渐减少，而蚀除速度相应增大。设工件足够厚，随着时间的推移，总会出现这样的情况，即工件的着时间的推移，总会出现这样的情况，即工件的蚀蚀除速度除速度 与阴极的与阴极的进给速度进给速度 相等。相等。电化学加工技术电化学加工技术端面平衡间隙端面平衡间隙 电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术（2 2）法向平衡间隙）法

36、向平衡间隙 电化学加工技术电化学加工技术（3 3）侧面间隙）侧面间隙 电化学加工技术电化学加工技术 电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术（4）平衡间隙理论的应用）平衡间隙理论的应用以上一些初步的平衡间隙理论，可以在以上一些初步的平衡间隙理论，可以在NaCl电解电解液加工时应用：液加工时应用：1）计算加工过程中各种电极间隙，例如端面、斜）计算加工过程中各种电极间隙，例如端面、斜面、侧面的间隙的形状来推算加工后工件的形状和面、侧面的间隙的形状来推算加工后工件的形状和尺寸；尺寸；2）设计电极时计算阴极尺寸及修正量，亦即根据）设计电极时计算阴极尺寸及修正量，亦即根据工件形状尺寸计算

37、阴极形状尺寸；工件形状尺寸计算阴极形状尺寸；电化学加工技术电化学加工技术3）分析加工精度，如整平比以及由于毛坯留量）分析加工精度，如整平比以及由于毛坯留量不均引起误差，阴极、工件原始位置不一致引起的不均引起误差，阴极、工件原始位置不一致引起的误差等；误差等；4）选择加工参数如电极间隙、电源电压、进给）选择加工参数如电极间隙、电源电压、进给速度等。速度等。电化学加工技术电化学加工技术（5）影响加工间隙的其它因素（影响）影响加工间隙的其它因素（影响、的的因素）因素）（工件材料成分、（工件材料成分、电解液的温度、电电解液的温度、电解液浓度、加工间解液浓度、加工间隙内隙内工具形状工具形状等）等）电化学

38、加工技术电化学加工技术1 1脉冲电流电解加工脉冲电流电解加工1 1）消除加工间隙内电解液电导率的不均匀化。采用）消除加工间隙内电解液电导率的不均匀化。采用脉冲电流电解加工就可以在两个脉冲间隔时间内，通脉冲电流电解加工就可以在两个脉冲间隔时间内，通过电解液的流动与冲刷，使间隙内电解液的电导率分过电解液的流动与冲刷，使间隙内电解液的电导率分布基本均匀。布基本均匀。2 2）脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的）脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的，呈脉冲状。它可以对电解液起搅拌作氢气是断续的，呈脉冲状。它可以对电解液起搅拌作用，有利于电解产物的去除，提高电解加工精度。用，有利

39、于电解产物的去除，提高电解加工精度。五、提高电解加工精度的途径五、提高电解加工精度的途径电化学加工技术电化学加工技术2 2小间隙电解加工小间隙电解加工电化学加工技术电化学加工技术3 3改进电解液改进电解液除了前面已提到的采用钝化性电解液，如除了前面已提到的采用钝化性电解液，如NaNONaNO3 3、NaClONaClO3 3等外，正进一步研究采用复合电解液，主等外，正进一步研究采用复合电解液，主要是在氯化钠电解液中添加其它成分，既保持要是在氯化钠电解液中添加其它成分，既保持NaClNaCl电解液的高效率电解液的高效率,又提高了加工精度。又提高了加工精度。采用低浓度电解液，加工精度可显著提高。采

40、用低浓度电解液，加工精度可显著提高。电化学加工技术电化学加工技术4 4混气电解加工混气电解加工（1 1）混气电解加工原理及优缺点）混气电解加工原理及优缺点混气电解加工就是将一定压力的气体（主要是压混气电解加工就是将一定压力的气体（主要是压缩空气或二氧化碳、氮气等）用混气装置使它与电缩空气或二氧化碳、氮气等）用混气装置使它与电解液混合在一起，使电解液成为包含无效气泡的气解液混合在一起，使电解液成为包含无效气泡的气液混合物，然后送入加工区进行电解加工。液混合物，然后送入加工区进行电解加工。电化学加工技术电化学加工技术电解液中混入气体后，将会起到下述作用：电解液中混入气体后，将会起到下述作用：1 1

41、）增加了电解液的电阻率，减少杂散腐蚀，使）增加了电解液的电阻率，减少杂散腐蚀，使电解液向非线性方面转化。电解液向非线性方面转化。2 2）降低电解液的密度和粘度，增加流速，均匀）降低电解液的密度和粘度，增加流速，均匀流场。流场。电化学加工技术电化学加工技术（2 2）气液混合比）气液混合比 混气电解加工的主要参数除一般电解加工所用混气电解加工的主要参数除一般电解加工所用的工艺参数外，还有一个就是气液混合比的工艺参数外，还有一个就是气液混合比Z Z。电化学加工技术电化学加工技术日日前前，电电解解加加工工主主要要应应用用在在深深孔孔加加工工、叶叶片片(型型面面)加加工工、锻锻模模(型型腔腔)加加工工、

42、管管件件内内孔孔抛抛光光、各各种种型型孔孔的的倒倒圆圆和和去毛刺、整体叶轮的加工等方面。去毛刺、整体叶轮的加工等方面。1 1）深孔扩孔加工）深孔扩孔加工六、电解加工工艺及其应用六、电解加工工艺及其应用电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术电化学加工技术2）型孔加工）型孔加工电化学加工技术电化学加工技术电解加工整体叶轮电解加工整体叶轮3）叶片加工）叶片加工电化学加工技术电化学加工技术4）电解倒棱去毛刺）电解倒棱去毛刺电化学加工技术电化学加工技术5）电解刻字）电解刻字电化学加工技术电化学加工技术电解抛光也是利用金属在电解液中的电化学阳电解抛光也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

43、腐蚀抛光的，它只是一种极溶解对工件表面进行腐蚀抛光的，它只是一种表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力学性能，而不用于对工件形状和尺和表面物理力学性能，而不用于对工件形状和尺寸加工。它和电解加工的主要区别是工件和工具寸加工。它和电解加工的主要区别是工件和工具之间的加工间隙大，这样有利于表面的均匀溶解；之间的加工间隙大，这样有利于表面的均匀溶解；电流密度也比较小；电解液一般不流动，必要时电流密度也比较小；电解液一般不流动，必要时加以搅拌。加以搅拌。6 6）电解抛光）电解抛光电化学加工技术电化学加工技术第三节第三节 电解磨削电解磨削电化学加

44、工技术电化学加工技术 1)1)加工原理加工原理电电解解磨磨削削是是电电解解加加工工的的种种特特殊殊形形式式，是是电电解解与与机机械械的的复复合合加加工工方方法法。它它是是靠靠金金属属的的溶溶解解(占占95%95%98%)98%)和和机机械械磨磨削削(占占2%2%5%)5%)的综合作用来实现加工的。的综合作用来实现加工的。加加工工原原理理如如图图4-414-41所所示示。加加工工过过程程中中，磨磨轮轮(砂砂轮轮)不不断断旋旋转转，磨磨轮轮上上凸凸出出的的砂砂粒粒与与工工件件接接触触，形形成成磨磨轮轮与与工工件件间间的的电电解解间间隙隙。电电解解液液不不断断供供给给，磨磨轮轮在在旋旋转转中中，将将

45、工工件件表表面面由由电电化化学学反反应应生生成成的的钝钝化化膜膜除除去去，继继续续进进行行电电化化学学反反应应，如如此此反复不断，直到加工完毕。反复不断，直到加工完毕。1 1加工原理及特点加工原理及特点电化学加工技术电化学加工技术电电解解磨磨削削的的阳阳极极溶溶解解机机理理与与普普通通电电解解加加工工的的阳阳极极溶溶解解机机理理是是相相同同的的。不不同同之之处处在在于于：电电解解磨磨削削中中，阳阳极极钝钝化化膜膜的的去去除除是是靠靠磨磨轮轮的的机机械械加加工工去去除除的的，电电解解液液腐腐蚀蚀力力较较弱弱；而而一一般般电电解解加加工工中中的的阳阳极极钝钝化化膜膜的的去去除除，是是靠靠高高电电流

46、流密密度度去去破破坏坏(不不断断溶溶解解)或或靠靠活活性性离离子子(如如氯氯离离子子)进进行活化，再由高速流动的电解液冲刷带走的。行活化，再由高速流动的电解液冲刷带走的。电化学加工技术电化学加工技术图图4-41 电解磨削加工原理图电解磨削加工原理图电化学加工技术电化学加工技术(1)磨磨削削力力小小，生生产产率率高高。这这是是由由于于电电解解磨磨削削具具有有电解加工和机械磨削加工的优点。电解加工和机械磨削加工的优点。(2)加加工工精精度度高高，表表面面加加工工质质量量好好。因因为为电电解解磨磨削削加加工工中中，一一方方面面工工件件尺尺寸寸或或形形状状是是靠靠磨磨轮轮刮刮除除钝钝化化膜膜得得到到的

47、的，故故能能获获得得比比电电解解加加工工好好的的加加工工精精度度；另另一一方方面面，材材料料的的去去除除主主要要靠靠电电解解加加工工，加加工工中中产产生生的的磨磨削削力力较较小小，不不会会产产生生磨磨削削毛毛刺刺、裂裂纹纹等等现现象象，故故加加工工工工件的表面质量好。件的表面质量好。(3)设备投资较高。其原因是电解磨削机床需加电设备投资较高。其原因是电解磨削机床需加电解液过滤装置、抽风装置、防腐处理设备等。解液过滤装置、抽风装置、防腐处理设备等。2)2)特点特点电化学加工技术电化学加工技术 电电解解磨磨削削广广泛泛应应用用于于平平面面磨磨削削、成成型型磨磨削削和和内内外外圆圆磨磨削削。图图4-

48、42为为电电解解成成型型磨磨削削示示意意图图，其其磨磨削削原原理理是是将将导导电电磨磨轮轮的的外外圆圆圆圆周周按按需需要要的的形形状状进进行行预预先先成成型型，然然后后进进行行电电解解磨磨削削。图图4-43为为电电解解研研磨磨加加工工图图，其其是是采采用用钝钝化化型型电电解解液液，利利用用机机械械研研磨磨能能去去除除表表面面微微观观不不平平度度各各高高点点的的钝钝化化膜膜，使使其其露露出出基基体体金金属并再次形成新的钝化膜，实现表面的镜面加工。属并再次形成新的钝化膜，实现表面的镜面加工。2电解磨削的应用电解磨削的应用电化学加工技术电化学加工技术 图图4-42 电解成型磨削原理图电解成型磨削原理

49、图电化学加工技术电化学加工技术 图图4-43 电解研磨加工电解研磨加工电化学加工技术电化学加工技术第四节第四节 电铸、涂镀电铸、涂镀及复合镀加工及复合镀加工电化学加工技术电化学加工技术 一、一、电铸成型电铸成型1电铸成型原理及特点电铸成型原理及特点1)成型原理成型原理与大家熟知的电镀原理相似，电铸成型是利用电化学与大家熟知的电镀原理相似，电铸成型是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。但电铸与电镀又有不同之处，电镀时要求

50、得到与基体结合但电铸与电镀又有不同之处，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。电化学加工技术电化学加工技术电电铸铸原原理理如如图图4-49所所示示，在在直直流流电电源源的的作作用用下下，金金属属盐盐溶溶液液中中的的金金属属离离子子在在阴阴极极获获得得电电子子而而沉沉积积在在阴阴极极母母模模的的表表面面。阳阳极极的的金金属属原原子子失失去去电电子子而而成成为为正正离离子子，源源源源不不断断地地补补充充到到电电铸铸液液中中，使使溶溶液