特种加工电化学加工讲述PPT课件

NaCl 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，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，故适用于加工速度快而精度要求不高的工 件加工。
NaNO3电解液在浓度低于30%时，对设备、机床 腐蚀性很小，使用安全。但生产效率低，需较大电源 功率，故适用于成型精度要求较高的工件加工。
国内生产现场占 一定比例
1．灵敏度高，稳压精度高； 国外 生产中普 遍
2．效率高，节省金属材料； 采用，也占相当比
3．稳定性、可靠性较差 例
2) 机床
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。电解加工过程中虽没有机械切削力， 但电解液对机床主轴和工作台的作用力是很 大的，因此要求机床要有足够的刚性；要保 证进给系统的稳定性，如果进给速度不稳定， 阴极相对工件的各个截面的电解时间就不同， 影响加工精度；电解加工机床经常与具有腐 蚀性的工作液接触，因此机床要有好的防腐 措施和安全措施。
第一节 电解加工的机理和基本规律
一．电解加工的原理及特点
1基本原理
电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳 极溶解”来将工件成型的。如图所示，在工件 (阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源，使工 具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙 (0.1～0.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解 液。这时工件阳极开始溶解。开始时两极之间 的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极 金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去 除速度慢。
第二节 电解加工设备
电解加工的基本设备包括 直流电源、机床及电解液系统三大部分。
1)直流电源
电解加工常用的直流电源为硅整流电 源和晶闸管整流电源，其主要特点及应用 见表2。
表2 直流电源的特点及应用
分类 硅整流电源
晶闸管电源
特点
应用场合
1．可靠性、稳定性好； 2．调节灵敏度较低； 3．稳压精度不高
1— 阳 极 ； 2— 阴 极
纯铜)的方法即电化学加工。 图1 电化学反应
当用10％～20％氯化钠作电解液，以 铜为工具加工碳钢时，电化学反应式如下：
① 水溶液中: NaCl Na + +ClH2O H+ +[OH]-
② 阳极反应: Fe-2e→Fe2+ Fe2++2[OH]- →Fe(OH)2↓
3) 电解液系统
在电解加工过程中，电解液不仅作为导电 介质传递电流，而且在电场的作用下进行化 学反应，使阳极溶解能顺利而有效地进行， 这一点与电火花加工的工作液的作用是不同 的。同时电解液也担负着及时把加工间隙内 产生的电解产物和热量带走的任务，起到更 新和冷却的作用。
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。常 用的电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3 三种。
③ 阴极反应: 2H++2e→H2↑
2. 电化学加工的分类
分为三大类：阳极溶解、阴极沉积和复合加工等。
第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工，主要 有电解加工、电解抛光等；
第二类是利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工， 主要有电镀、涂镀、电铸等；
第三类是利用电化学加工与其它加工方法相结合 的电化学复合加工工艺，目前主要有电化学加工 与机械加工相结合，如电解磨削、电化学阳极机 械加工（还包含电火花放电作用）。
电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大 类工艺的不同而不同。
电解加工可以加工复杂成型模具和零件， 例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航 空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、 转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛 线”(来复线)，齿轮、液压件内孔的电解去毛 刺及扩孔、抛光等。
电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。
随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴 极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断 地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工 成接近于工具电极的形状，如此下去直至将 工具的形状复制到工件上。
2) 电解加工的特点
(1) 能加工各种硬度和强度的材料。只要是 金属，不管其硬度和强度多大，都可加工。 (2) 生产率高，约为电火花加工的5～10倍， 且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度 的限制。
表1 电化学加工分类
类别
加工方法及原理
Hale Waihona Puke 应用Ⅰ电解加工(阳极溶解) 电化学抛光(阳极溶解)
用于形状尺寸加工 用于表面加工
Ⅱ
电镀(阴极沉积) 电铸(阴极沉积)
用于表面加工 用于形状尺寸加工
Ⅲ
电极磨削(阳极溶解、机械磨削) 电解电火花加工复合(阳极溶解蚀 除)
用于形状尺寸加工 用于形状尺寸加工
3.电化学加工的适用范围
在 阳 极 表 面 Cu 原 子 失 掉 电
子而成为Cu2+正离子进入 1
溶液。溶液中正、负离子的
ie
2 ei
定向移动称为电荷迁移。在
阳、阴电极表面发生得失电 子的化学反应称为电化学反 应。这种利用电化学反应原 理对金属进行加工(图1)中,
C u2＋
Cu
H＋
Cu
C l－
O H－
阳极上为电解蚀除，阴极上 为电镀沉积，(常用以提炼
NaClO3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。然而，NaClO3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。
电化学加工
陆新
电化学加工
一、电化学加工的原理与特点 1. 电化学加工的原理
当两个铜片接上直流电形成导电回路时，导线 和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的 界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶 液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极， 在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。
(3) 表面质量好，电解加工不产生残余应力 和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常 情况下，表面粗糙度Ra可达0.2～1.25 μm。
(4) 阴极工具在理论上不损耗，基本上 可长期使用。
电解加工当前存在的主要问题是加工精 度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到 0.15～0.30 mm。此外，电解液对设备有 腐蚀作用，电解液的处理也较困难。