电化学加工方法

不仅与加工间隙有关，还与机床、工艺装备、工具 阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关。
(二)、精度成型规律
1.端面平衡间隙

2 UR
2
UR /
(二)、精度成型规律
2.法向平衡间隙 工具端面与进给方向不 一定垂直
vn vc . cos n U R / vc . cos b / cos
（三）、表面质量
Ra1.25~0.16 表面不存在塑性变形、残余应力、冷作硬化、烧伤退 火层 可能出现晶间腐蚀、流纹、麻点、工件表面黑膜，直 至烧伤
五、提高加工精度的主要措施
（１）脉冲电流电解加工 （２）小间隙电解加工 （３）改进电解液 （４）混气电解加工
（１）脉冲电流电解加工
四、电解加工的应用
近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展，除了在加工各种 炮膛膛线外，在花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零 件及模具等方面获得广泛的应用。由于机床费用较高，一般在 加工难加工材料、型面复杂、批量大的零件时选用，而单件小 批生产多采用电火花加工
⑴ 型腔加工 电火花加工的生产率较低，因此对精度要求不太高 的矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模，正逐渐采用电解加工。 ⑵ 电解整体叶轮 叶身形面形状复杂，精度要求高，加工量大，用电 解加工，比机械加工工期短、效率高，质量好。 ⑶ 电解去毛刺 代替传统的钳工操作，提高工效，节约费用。
（三）电解液参数对加工过程影响
（四）电解液的流速及流向
流速、流向
（五）电解液出水口布局
四、电解加工的基本工艺规律
(一)．生产率及其影响因素
（１）电化学当量对生产率的影响 电化学当量愈大，生产率愈高。 实际电蚀量为
m KIt V It
（２）电流密度对生产率的影响 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，因此应以不击穿加工间隙、 引起火花放电、造成局部短路为度。
（３）表面质量好
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、刀痕等，可以达到较低的表面粗糙度 （Ra1.25～0.2μm）和±0.1mm左右的平均加工精 度。电解微细加工钢材的精度可达±10～70μm。 适合于加工易变形或薄壁零件。
（４）加工过程中工具电极理论上无损耗，可 长期使用。
2、电解质溶液
电解质：溶于水能导电的介质 电解液：电解质溶于水形成的溶液
3、电极电位
金属和盐溶液之间的电位差 外加电源作用后：
电子向阳极移动并被抽走，加速阳极金属正离子溶入电解 液而腐蚀 电解液中正离子向阴极移动，外电源供给电子加速阴极反 应
4、电极极化
极化：
有电流通过时，电极电位平衡状态被破坏，阳极的电 极电位向正移、阴极的电极电位向负移
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。
（５）加工生产率高
约为电火花加工的5～10倍以上，在某些情况下比切 削加工的生产率还高。 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。
2、电解加工的特点
（１） 加工范围广 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 种复杂的三维型面，以及薄壁、异形零件等
（２）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型 面和型腔，进给速度可快达0.3～15mm/min。
电解加工还应用于深孔的扩孔加工、形孔加工以及抛光等工艺过程 中。
1. 深孔扩孔加工 深径比大于5的深孔，用传统切削加工方法加工，刀具 磨损严重，表面质量差，加工效率低。目前采用电解 加工方法加工φ4×2000mm、φ100×8000mm的深孔， 加工精度高，表面粗糙度低，生产率高。 电解加工深孔，按工具阴极的运动方式可分为固定式 和移动式两种。
6．电解倒棱去毛刺
机械加工中去毛刺的工作量 很大，尤其是去除硬而韧的 金属毛刺，需要很多的人力， 电解倒棱去毛刺可以大大提 高工效。
7.电解刻字
在多种金属上打好打印标识，如不锈钢，碳钢，各种合金钢， 工具钢，硬质合金，铝合金，各种镀铬，镀镍，镀锌材料， 各种磨削，抛光金属表面等。 适用于打印商标，产品名称，技术指标，厂商名称，其优点 是正规，清晰，耐久，不变色，不脱落，耐高温，不怕在机 溶剂洗。不论产品大小，平面，弧面，薄片都能打印。打印 精细，深度在5－100UM，操作简便，只需几秒就可完成，无 需烘干固化
（２）小间隙电解加工
（３）改进电解液
（４）混气电 解加工
六、电解加工设备
三大部分:
直流电源 Biblioteka 机床 工具工件及电解液（一）直流电源
硅整流、晶闸管 无级调压： 扼流式饱和电控器调压 自饱和电控器调压 晶闸管
（二）机床
与一般金属切削机床区别： 刚性 进给速度稳定性 安全与防腐
（三）电解液循环系统
NaCl：使用广泛、加工便宜、货源充足、复制精度差 NaNO3：钝化型电解液，成形精度高、腐蚀性小、安全、价格便宜、 电流效率低、生产效率低，有消耗 NaClO3：加工精度高、生产效率高、价格昂贵、强氧化剂
酸性溶液 碱性溶液

电解液添加剂： 络和物、光亮剂：改善表面质量 NaF：改善表面粗糙度 缓蚀添加剂：降低腐蚀性
（３）加工间隙对生产率的影响 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。 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，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 流速和压力。
(二)、精度成型规律
此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分 和组织结构都对生产率有影响。
1.深小孔加工 加工深小孔有两种方法，即普通电解加工和电子束 加工。
2. 型孔加工
对一些形状复杂、尺寸较小 的四方、六方、椭圆、半圆 等形状的通孔和不通孔，机 械加工很困难，可采用电解 加工。
3．型腔加工 对模具消耗较大、精 度要求不太高的矿山 机械、农机、拖拉机 等所需的锻模已逐渐 采用电解加工。 比电火花加工效率高
9.数控展成电解加工
第三节 电解磨削
复合电解磨削是利用电解作用与机械磨削作用相结合 而进行加工的复合加工。
1.复合电解磨削的基本原理
复合电解磨削所用的阴极工具是含有磨粒的导电砂 轮。 电解磨削过程中，金属主要是靠电化学作用腐蚀下 来，导电砂轮起磨去电解产物阳极钝化膜和整平工 件表面的作用。
（一）钢在NaCl水溶液中电解加 工的电极反应
① 阳极反应 Fe—2e Fe+2 Fe—3e Fe+3 4OH-—4e O2↑+2H2O 2CL-—2e CL2 ↑ Fe+2+2OHFe（OH）2↓ （墨绿色的絮状物 ） 4Fe（OH）2+2H2O+O2 4Fe（OH）3↓（黄褐色沉淀）
电解加工缺点：
① 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。 ② 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。 ③ 电解加工设备投资较高，占地面积较大。 ④ 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。
二、电解加工时的电极反应
(二)、精度成型规律
3.侧面间隙 阴极侧面不绝缘时工件侧壁处于被加工状态，形成喇叭口 阴极侧壁可绝缘
(二)、精度成型规律
4.平衡间隙理论应用 1）计算电极间隙，根据电极推算加工后工件形状 2）设计电极时计算阴极尺寸 3）选择加工参数（电极间隙、电源电压、进给速度等）
三．表面质量及其影响因素
（１）工件材料的合金成分、金相组织和热处理状 态 （２）工艺参数 ：电流密度、电解液的流速大小 和温度高低 （３）工具阴极的表面质量 （4）工件表面必须除油去锈 （5）电解液必须经过滤沉淀，不含固体颗粒杂质。
三、电解液
作用：
导电介质 在电场作用下发生电化学反应 冲走电解产物、带走热量

（一）对电解液要求 1、足够的蚀除速度 2、较高的加工精度和表面质量 3、阳极反应最终产物为不溶性化合物 4、绿色环保
（二）常用电解液
电解液可分：
中性盐溶液
腐蚀性小，使用时较安全，应用最普遍 最常用的有
4.电解液
作用： 1）.导电介质 2）.发生电化学反应 3）.带走热量 及电化学产物 要求： 1）溶解度、离解度、导电率高 2）金属阳离子不在阴极上产生放电反应沉积到 阴极上 3）阳极反应产物是不溶性化合物，便于清理 （小孔时要求为可溶性化合物） 4）低粘度、高比热容、化学稳定性好、无腐蚀 和毒性
电化学加工方法
内容
第一节 电化学加工原理及分类 第二节 电解加工 第三节 电解磨削 第四节 电铸、涂镀及复合镀加工
第一节 电化学加工
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、涂覆、 电铸加工两大 类
1. 原理
利用金属在电解液中产生阳
极溶解的电化学原理对工件进
行成形加工的一种方法；
4.套料加工
用套料加工方法可以加工等截面的大面积异形孔或用 于等截面薄形零件的下料
异形零件
套料阴极工具 1—阴极片； 2—阴极体
5、叶片加工
涡轮发动机、增压器、汽轮 机等的叶片，叶身型面形状 比较复杂、要求精度高，加 工批量大，采用机械加工难 度大，生产率低，加工周期 长 采用电解加工则不受叶片材 料硬度和韧性的限制，在一 次行程中就可加工出复杂的 叶身型面，生产率高，表面 粗糙度小，电解加工整体叶 轮在我国已得到普遍应用。
② 阴极反应 按可能性为 2H++2e H2↑ Na++e Na↓
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，在阴极上只会析出氢气，而不 可能沉淀出钠。
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Cl-和Na+仅起导电作用，本身 并不消耗，因此对于NaCl电解液，只要过滤干净，适 当添加水分，就可长期使用。 工具也可长期使用。
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 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，因而各点的电流密度不等。 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，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面基本相似的 形状为止。
极化后产生超电位
5、金属钝化和活化
钝化：
金属阳极溶解过程超电位升高，电解速度减慢，直至 形成稳定状态不溶解 钝化形成钝化膜
活化：
破坏金属钝化膜 方法：
加入还原性气体或活性离子 机械方法破坏钝化膜
6. 电 化 学 分 类
第二节
电解加工
一、电解加工的过程及其特点
1、过程
电解加工（electrochemical machining，ECM）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、 将零件加工成形的一种方法。
1-直流电源 2-工具阴极 3-工件阳极 4-电解液泵 5-电解液
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，并使两极之间保持较小的间隙（通常 为0.02～0.7mm），利用电解液泵在间隙中间通以 高速（5～50m/s）流动的电解液。 在工件与工具之间施加一定电压，阳极工件的金属 被逐渐电解蚀除，电解产物被电解液带走，直至 工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。