电解加工

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2.工艺规律与设备
电解机床的刚性是极重要的性能指标,必须保证在最大承受载荷作用下 ,主轴与工件相对位臵变形量不超过允许范围。为了提高机床刚性,应 尽可能采用高刚度的箱体结构,提高各连接件的接触刚性和传动丝杠副 的刚性。
② 确保进给平稳性
电解加工时材料的去除与加工 电流和时间的乘积有关,其加工精度与加工过程中机床主轴的进给平稳 性直接相关。为提高电解加工机床进给平稳性,目前大多采用滚珠丝杠 副及滚动导轨,同时采用编码器对进给速度进行反馈,高精度电解加工 机床采用光栅尺等位臵检测元件,对进给闭环控制。 ③ 良好的防腐蚀性
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1.简介及基本原理
液中的Fe2+又与电解液中的负离子氢氧根结合,生成氢氧化亚铁, 并被进一步氧化为氢氧化铁红褐色沉淀。
1.3.1.2 阴极反应
可能存在下面两个反应: ① H+ → H2 ② Na+ → Na 根据电极反应过程的基本原理,电极电位较大的离子将在阴极反应。 因此,在阴极上首先是氢气析出,而不可能沉淀出金属钠。 由上可见,电解加工过程中,在理想情况下,阳极铁不断以二价铁 离子的形式溶解,水被不断分解消耗,因而电解液的浓度稍有变化。
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1.简介及基本原理
及毛刺,工件表面粗糙度低; ④. 加工所用工具电极在加工中损耗极低或无损耗,电极使用寿命 长,适于批量生产; ⑤. 易揭露材料和组织的缺陷。有利于发现材料的疵病。
1.2 基本原理
电解加工是利用金属产生阳极溶解的原理将工件加工成型的电化学 加工。图4-1为电解加工原理图。 在工件和工具之间接上直流电源,工件接电源的正极(阳极),工 具接电源的负极(阴极)。两极之间的电压一般为6-24V,两极之间 保持0.1-1mm的小间隙。电解液以6-60m/s的速度流过间隙,使两 极之间形成导电通路,并在电源电压的作用下产生电流,于是工件被 加工表面的金属,将不断地产生电化学反应而被溶解,电解的产物不
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1.简介及基本原理
的金属工件在电解液中进行阳极溶解而去除材料,实现工件加工成型 的工艺过程。该项技术是电化学加工技术中发展较早,也是较为成熟 的一项加工技术,它问世于20世纪50年代中期,目前已广泛用于难 加工材料及形状复杂的型腔、型面的加工,在宇航、航空和汽车、造 船等工业中发挥着重要的作用。 电解加工与传统切削加工工艺相比,具有完全不同的工艺特点。除 了具有优质高产、经济效益好等优点外,还有一些独特的优点。 ①. 不产生切削力和切削热,特别适合薄壁零件的加工; ②. 加工速度与工件材料的机械物理性能关系很小,加工速度高, 特别适宜高硬度、高韧性的难切削材料的加工,如硬质合金、高温耐 热合金、淬火钢、钛合金等; ③. 加工表面质量好,加工后工件表面边缘光滑,不会产生内应力
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1.简介及基本原理
电解液中的氯离子和钠离子起导电作用,本身并不消耗,所以NaCI 电解液的使用寿命长,只要过滤干净,可长期使用。 事实上,钢中除铁元素外,还有许多其他元素,是成分复杂、电化 学性不均匀的多相合金。而且电解液中也可能混有电极电位较大的杂 质,如氯化钙、氯化镁等,它们也可能沉积到工具阴极的局部,从而 破坏电场的正常分布,甚至造成局部短路现象。 1.3.2 电解液为NaCIO3水溶液时的电极反应 NaCIO3是一种强氧化剂,因此钢件在电解液中的电极反应与在氯 化钠电解液中的反应不同,容易使阳极金属表面形成钝化膜。电解加 工是在超钝化区进行的。
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2.工艺规律与设备
2.2.1.2 直流稳压电源 电解加工配用的直流稳压电源应具有以下特点: ① 适宜的容量范围 ② 良好的稳压精度 ③ 可靠的短路保护
2.2.1.3 电解液系统
电解液系统的作用是在电解加工过程中,连续而平稳地向加工区供给足 够流量和足够温度的纯净电解液。其装臵结构如下所示:
电 解 加 工 技 术 的 应 用
电 解 加 工 新 技 术 及 发 展 趋 势
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研究方向与进展
1. 简介及基本原理 薄膜
• 类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC) • 纳米金刚石(Nano-diamond)镀膜
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1.简介及基本原理
1.1 电解加工简介
早在1833年,英国科学家法拉第就提出了有关电化学反应过程中 金属阳极溶解(或析出气体)及阴极沉积(或析出气体)物质质量与 所通过电量的关系,即创建了法拉第定律,奠定了电化学学科和相关 工程技术的理论基础。但是,直到百年之后,即20世纪30年代,才 开始出现电解抛光,以及后来出现的电镀。随着科学技术的发展,相 继发展出了能够满足零件几何尺寸、几何形状和精度加工需要的电解 、电解抛光、电铸成型等工艺技术。从此,作为一门先进制造技术, 电化学加工技术得到不断地发展、应用与创新。 电解加工(Electrochemical Machining, ECM),是对作为阳极
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1.简介及基本原理
工件进行电解加工时,距阳极附近部位(加工间隙小)电极间的电场 强度大,处于超钝化范围,阳极的钝化膜遭到破坏,金属不断溶解, 使电解加工得以顺利进行。而工件距阴极较远处,电场强度弱,不足 以破坏钝化膜,因此金属表面处于钝化状态,电解作用很微弱,甚至 停止电解,金属表面被保护起来。所以NaCIO3电解液具有良好的尺 寸控制性能。 NaCIO3电解液在加工过程中,氯酸根有可能分解而生成氯离子, 还可能有氯气析出。此外,CIO3-在阳极上也可能参加反应而生成氯 离子或析出氯气,所以NaCIO3电解液在加工过程中是有消耗的。
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1.简介及基本原理
断被高速流动的电解液带走。工具阴极不断地向工件恒速供给,工件 的金属不断被溶解,致使工件与工具阴极各处的间隙趋于一致,将工 具阴极的型面复印在工件上,从而得到所需要的零件形状。
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1.简介及基本原理
图4-2a为电解加工的成性原理。一般加工刚开始时,工件毛坯的形状 与工具阴极的型面是很不一致的,此时,工件上各点与工具阴极表面 的距离就不相同,各点电流密度也不一样。距离越近的点,通过的电 流密度大,工件溶解就快;反之,距离远的点,电流密度就小,工件 溶解也慢。这样,工具不断进给,工件表面上各点就以不同的速度 进 行溶解,工件的型面逐渐趋近于工具阴极的型面,如图4-2b所示:
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研究方向与进展
2. 工艺规律与设备 薄膜
• 类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC) • 纳米金刚石(Nano-diamond)镀膜
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2.工艺规律与设备
2.1 电解加工的基本工艺规律
通过科学实验和生产实践,人们对电解加工中的生产率、表面质量 及其改进等方面的基本工艺规律,逐步有所认识,探讨也不断深入。 2.1.1 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量来衡量的,通常用 mm3/min或g/min表示。它首先取决于工件材料的电化学当量,其 次与电流密度有关。此外,电解液及其相关参数也有很大影响。
②工具阴极型面的精度和安装精度; ③加工装备系统和控制精度。
目前,提高电解加工精度的主要途径如下: ①实现小间隙加工; ②改善电流效率特性; ③严格控制各种参数的变化范围; ④正确设计工具阴极。
2.2 电解加工设备
2.2.1 加工机床的基本构成与类型
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2.工艺规律与设备
电解加工机床主要由机床主机 、直流电源和电解液系统三部 分组成,如右图所示: 2.2.1.1 机床主体 电解加工时,虽然工具阴极 与工件属非接触式加工,但因 从中空阴极中冲出的电解液压 力较大(0.5-5MPa),因此 对机床产生的反作用力也相当
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1.简介及基本原理
1.3 电极反应过程
电解加工时电极间的反应室相当复杂的,这主要是因为一般工件材 料不是纯金属,而是多种金属元素的合金,其金相组织也不完全一致 。所用的电解液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、压力及流速等对电极过程也有影响。因此,目 前研究电极上各种物质的反应主要依赖于实验。关于不同材料(铁基 、镍基、硬质合金、黄铜等)的电极反应都有相关研究,这里仅就铁 基合金的电极反应作典型介绍。
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2.工艺规律与设备
大,机床主轴必须具有足够的刚度 ,才能克服这种反作用力,并保持 稳定均匀的进给。所以,与电火花
机床主轴头相比,电解机床的结构
要求刚度更大。此外,电解机床必 须有良好的抗腐蚀性及密封性能,
能通过强大的工作电流,主轴与工
作台间摇绝缘,并配臵排氢抽风装 臵。对机床性能的要求主要有下面 三个方面: ① 刚性问题
2.1.1.1 金属的电化学当量和生产率的关系 由生产实践和科学实验可知,电解时电极上溶解或析出的物质的量 与电解电流I和电解时间t成正比,亦即与电量(Q=It)成正比,其比
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2.工艺规律与设备
例系数称为电化学当量,这一规律就是法拉第电解定律,用公式符号 表示如下: 用质量计 m=KIt 用体积计 V=ωIt 式中 m——电极上溶解或析出物质的质量(g) V——电极上溶解或析出物质的体积(mm3) K——被电解物质的质量电化学当量[g/(A〃h)] ω——被电解物质的体积电化学当量[mm3/(A〃h)] I——电解电流(A) t——电解时间(h)
研究方向与进展
电解加工技术 薄膜
• 类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC)
——原理·工艺及应用 • 纳米金刚石(Nano-diamond)镀膜
姓名:XXX 学号: 专业:应用化学
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目录
1 2 3 4
电 解 加 工 简 介 及 基 本 原 理
电 解 加 工 的 工 艺 规 律 与 设 备
1.3.1 电解液为NaCI水溶液时的电极反应
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1.简介及基本原理
电解加工碳钢等铁基合金时常用的电解液是浓度为10%-18%的 NaCI水溶液。由于NaCI和水的离解,在电解液中存在着Na+、CI-、 H+、OH-四种离子。现分别讨论其阳极反应和阴极反应。 1.3.1.1 阳极反应 可能存在以下三个反应: ① 铁 → 铁离子 ② OH- → O2 ③ CI- → CI2 根据电极反应过程的基本原理,电极电位更小的物质将线在阳极上反 应。因此,在阳极,首先铁放出电子,成为二价铁离子而溶解,不可 能成为三价铁离子的形式溶解,更不可能析出氧气或氯气。溶入电解
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2.工艺规律与设备
①间隙大小要适中 ②间隙要均匀 ③间隙要稳定 2.1.2 电解加工的精度 2.1.2.1 加工精度 电解加工的加工精度包括以下三方面的内容: (1)复制精度 (2)绝对精度 (3)重复精度
影响电解加工精度的因素可归纳为: ①加工间隙的大小、均匀性和稳定性;
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2.工艺规律与设备
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2.工艺规律与设备
系统主要由电解液泵5、电解液槽2、过滤器3、冷却器13、加热器1以
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2.工艺规律与设备
产率也越高。电解加工时的平均电流密度为10-100A/cm2,电解液 压力和流速较高时,可以选用较高的电流密度。电流密度过高,将会 火花放电,析出氯、氧等气体,并使电解液温度过高,甚至在电极间 隙内会造成沸腾汽化引起局部短路。 实际的电流密度,决定于电源电压、电极间隙的大小以及电解液的 电导率。因此要定量计算蚀除速度,必须推导出蚀除速度和电极间隙 、电压等因素的关系。 2.1.1.3 电极间隙大小的控制 加工间隙的主要作用是顺利、通畅地通过足够流量的电解液,以便 在加工表面上产生一定的阳极溶解。为此,应保证间隙适中、均匀和 稳定。
实际生产应用中,应考虑到实际电解加工时,阳极还可能出现其他诸 如析出氧、氯气体,生成某些薄膜等电化学反应,需要多消耗一些电
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2.工艺规律与设备
量,材料的实际去除量会小于计算的理论值。为此,公式计算的理论 值还必须乘以电流效率η,即: η=实际金属蚀除量/理论计算蚀除量 × 100% 2.1.1.2 电流密度和生产率的关系 单位时间内去除材料的体积叫做体积蚀除速度(mm3/min)。可 用公式表示为:va=ηωiA 式中 va——金属阳极(工件)的蚀除速度; i——电流密度(A/cm2); A——加工面积(mm2). 由上式可知,蚀除速度与该处的电流密度成正比,电流密度越高,生
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