模具制造工艺之其他特种加工培训PPT课件(56页)

• 两大类： （1）去除：从工件上去除金属的电解加工；
（2）沉积：向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工
5.1.1 电化学加工的基本原理
1. 电化学腐蚀
• 铝锅盛放盐、醋、酱油等食品会被腐蚀穿孔， 钢铁等在潮湿的地方会生锈，……，这种现 象就是电化学腐蚀，而纯铝、铁并不发生这 种明显腐蚀
• 当金属中含有其他合金元素或杂质，与能导 电的电解液接触后形成了原电池（微电池）， 并局部放电，产生了电化学腐蚀的结果。
• 电化学阳极溶解（图）
• 多年来，人们一直在努力防止或减少这种 有害的电化学腐蚀现象。当人们掌握了其 规律之后，可以因势利导，变有害为有利。
• 第一类导体：金属，靠自由电子在外电场 作用下按一定方向移动，称为电子导体；
• 第二类导体：电解液，靠溶液中的正、负 离子移动，离子导体。
• 二者之间交换电子，就是电化学反应。
2. 电解质溶液
• 酸、碱、盐溶液 • 百分数表示浓度 克分子浓度 pH值 • 温度↑，导电能力↑；浓度（不能过高）
↑，导电能力↑
• 电解液的离解反应（均可逆） • H2O = H++OH－ • NaCl = Na++Cl－
3. 电极电位 • 金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属
的电极电位。
• 活泼金属 • 不活泼金属
（特别是H2）排泄不畅，降低蚀除速度或易 被脏物堵死而引起短路
（4）电解液
• 电解液的作用： a）传递电流
b）进行电化学反应（在电场作用下），使阳极溶解能顺 利而有控制地进行
c）更新、冷却 及时地把加工间隙内产生的电解产物及 热量带走
• 压力0.49~1.96MPa；速度？75m/s 5~60 m/s • 对电解液的基本要求： • 具有足够的蚀除速度 高导电率 • 具有较高的加工精度和表面质量 分散能力低 • 阳极反应的最终产物应是不溶性物质 不含能在阴极
电解加工与其它工业电化学过程比较有3个特点：
1）电极反应速度高，电流密度可达？ 500~800A/cm2，远远高于一般工业电化学过 程，为其数十倍至数百倍；
2）电极间距离甚小，一般为0.1~1.0mm；需及 时进给（0.4~1.5mm/min）
3）电解液流速高（5~60m/s），流量大，以供 给反应物，排除阳极溶解产物和大量的焦耳 热。
上沉积的离子
• 性能稳定 • 操作安全，无毒 • 腐蚀性小 • 价廉
• 常用电解液（此3种为中性，还有酸性或碱 性电解液）：
a）NaCl 14~18%，25~35℃
b）NaNO3 散蚀能力小得多，腐蚀作用小，安 全
• 缺点：电流效率低，生产率低，有氨气析出， NaNO3会消耗，价格为NaCl的2倍
5.1.2.2 电解加工设备
1. 机床 1）刚性要求好 2）进给稳定， 3）防腐、绝缘 4）安全措施 氢气有爆炸危险
• 类型：立式（C型，框型）， 卧式（单面，双面），
固定阳极式
2. 直流电源 • 要求： • 大功率 低电压（6~24）V，大电流
（103~104）A，电流密度一般为40~50A/cm2， 甚至100A/cm2 • 合适的容量范围， • 良好的稳压精度 • 可靠的短路保护、火花保护、事故保护
极材料及形状等因素的影响，实际上
• v=ηv0=ηωIt • η接近100%，有时大于100%（晶间腐蚀）
2）电流密度i
• 电流密度i不能过大，否则，将出现火花， 析出Cl2、O2等，温度上升，短路
• I=i A • 体积加工速度va=V/t= ηωA I 3）电极间隙
• 间隙↓，蚀除速度↑ • 间隙过小，将引起火花放电或电解产物
• 生产效率高 为电火花加工的5~10倍（制 造需要量较大的模具）
• 粗糙度小（0.125~0.2），无残余应力，无 飞边稳定性不易控制，受十余项因素影响， 电极设计制造比较费事，需多次试验修正
2）加工精度有限 一般为±0.05~±0.2，难于 加工很细的窄槽、小孔、棱角
2）金属的钝化 • 氧化物、氢氧化物、盐 • 成相理论 吸附理论 • 活化措施：加热、通反原性气体、活性离
子，机械作用
5.1.2 电解加工
5.1.2.1 电解加工的基本原理与特点 1. 基本原理
2. 电解加工的特点
优点
• 加工范围广，与被加工材料的机械性能无 关 可加工硬、强、韧材料
• 可拷贝大而复杂的形状，能同时进行三维 加工，类似于电火花加工，但无热作用， 可加工易变形件、薄件、韧性大的工件
第5章 其他特种加工
5.1 电化学加工
• 电化学加工（Electrochemical Machining/ECM） • 基本理论形成于19世纪末，工业规模应用在20
世纪30~50年代以后
• 1958年，第一台电解机床在美国Anocut公司面 世；1962年，日本Japax公司也生产出电解机 床；……；1960年代（又说1958），中国在火 炮膛线、航空叶片等加工中有应用
4. 电极反应
• 通电后阳极的主要反应： • Fe－2e→Fe++ • Fe+++2OH－→Fe(OH)2↓ （氢氧化亚铁，墨
绿色絮状物）
• 4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓ 黄褐色）
• 阴极的主要反应： • 2H++2e→H2↑ • 电解液中的水不断被消耗。
（氢氧化铁，
5. 极化与钝化 1）电极的极化 • 通电 • 浓差极化：离子扩散、迁移步骤缓慢 • 电化学极化：电化学反应缓慢
3）设备投资大 设备刚性要求高，附属设备多， 必须重视防腐
4）污染环境 加工产物难于处理，限制使用
• （要求电极材料电阻小；导热性好；熔点 高；一定刚性——耐液压；耐腐蚀；可加 工。常用铜、黄铜、不锈钢）
• 可用于加工膛线、 花键孔、内齿轮、 链轮、叶片、异型 零件，模具型孔、 型腔、复杂型面、 深小孔、套料 （？），倒棱去毛 刺、抛光、刻印等
• 类型：硅整流电源；晶闸管整流电源；脉冲 电源（过去不用，现在用）
3. 电解液循环过滤系统 • 构成：泵，槽，过滤器，管，阀等
5.1.2.3 电解加工的基本规律
1. 生产率
• 1）金属的电化学当量 • 法拉第电解定律 • m0=kIt • v0=ωIt • 理论上不受电解液浓度、温度、压力、电