电解加工

第三节电解加工

电解加工是电化学加工中的一种重要方法。我国于50年代末首先在军工领域进行电解加工炮管腔线的工艺研究很快取得成功并用于生产。不久便迅速推广到航空发动机叶片型面及锻模型面的加工。到60年代后期，电解加工已成为航空发动机叶片生产的定型工艺。

1.电解加工原理

电解加工是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工艺方法。加工时，工件接直流稳压电源正极，工具接负极，两极间保持0.1～lmm的间隙，具有一定压力(0.5～2.5MPa)的电解液从两极间隙中高速(5～60m／s)流过。加工过程中，随着工具阴极不断缓慢地向工件进给，工件则不断地按工具端部的型面溶解，电解产物则不断被高速流动的电解液带走，最终工具的形状就“复制”在工件上。

电解液与工具阴极材料

电解中常用的电解液有NaCl、NaNO3，和NaCIO3：三种溶液。在电解过程中，工件阳极和水不断消耗，而工具阴极和氯化钠并不消耗。因此，在理想的情况下，工具阴极可长期使用。氯化钠电解液不断过滤干净并经常补充适量的水，也可长期使用。

电解加工在专用的电解机床上进行，其中的直流稳压电源常采用低电压(6～24V)和大电流(500—20000A)。工具阴极材料常采用黄铜和不锈钢等。

2．电解加工的特点

⏹(1)不受材料本身强度、硬度和韧性限制，可以加工淬火钢、硬质合金、不锈钢和耐热合金等高强度、高硬度和高韧性的导电材料。

⏹(2)加工中不存在机械切削力，工件不会产生残余应力和变形，也没有飞边毛刺。

⏹(3)可以达到0.1mm的平均加工精度和0.01mm的最高加工精度；平均表面粗糙度R a值可达

0.8μm，最小表面粗糙度R a值可达0.1μm。

⏹(4)加工过程中工具阴极理论上不会损耗，可长期使用。

⏹(5)生产率较高，约为电火花加工的5～10倍，某些情况下甚至高于切削加工。

⏹(6)能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型腔与型面。

⏹(7)电解加工的附属设备多，造价高，占地面积大，加工稳定性尚不够高。与此同时，电解液易腐蚀机床和污染环境，也必须引起重视。

二、电解加工的基本工艺规律

电解加工的工艺过程比较复杂，除了工具阴极在理论上不会损耗而不用考虑外，同样

需要考虑生产率、加工精度和表面质量三个问题。

1．生产率及其影响因素

⏹(1)材料电化学当量对生产率的影响

⏹(2)电流密度对生产率的影响

⏹(3)电极间隙大小对生产率的影响

(2)电流密度对生产率的影响电解加工的生产率取决于蚀除速度，而蚀除速度一般与该处的电流密度成正比。电流密度愈大，生产率愈高。但电流密度过高，会引起火花放电，使电解液温度过高，甚至引起局部短路等不良现象。因此，要选择适当的电流密度。

(3)电极间隙大小对生产率的影响从生产实践中可知，电极间隙愈小，电解液的电阻也愈小，电流密度则愈大。因此，蚀除速度与电极间隙的大小成反比。值得注意的是，间隙过小将引起火花放电、电解产物排除不畅，甚至引起局部短路，反而会使生产率下降。

此外还要考虑电源电压和电解液的导电率等对生产率的影响。

2. 加工精度及其影响因素

(1)脉冲电源电解加工采用脉冲电流进行电解加工可明显地提高加工精度。

(2)混气电解加工混气电解加工是将一定压力的气体用混气装置使它与电解液混合在一起，使之成为气液混合物，然后送入加工区进行电解加工。它不但可提高电解加工的精度，而且由于精度的提高可简化工具阴极的设计与制造。

(3)尽可能减小加工间隙加工间隙愈小，工件阳极表面凸出部位的去除速度将大大高于凹处，从而提高了表面的整平效果。因此，采用小间隙加工，对提高加工精度和生产率都有利。然而，间隙过小，则会出现如前所述的一系列不良效应，反而会影响加工精度和生产率。

(4)选择适当的电解液一是采用低浓度的电解液，此时工件的表面质量和加工精度都可明显提高，但加工效率会相应降低。二是采用复合电解液，主要是在氯化钠电解液中添加少量的其他成分，使之既保持氯化钠电解液的高效率，又能提高加工精度。

3．表面质量及其影响因素

电解加工的表面质量，包括表面粗糙度和表面物理化学性质两方面。电解加工由于靠阳极溶解去除金属，因而无机械切削力和切削热的影响，加工表面不会出现残余应力和表面变形强化现象等问题。但若加工参数掌握不好，也可能出现晶界腐蚀、麻点和短路烧伤等问题。影响表面质量的主要因素

(1)工具阴极对表面质量的影响工具阴极若加工粗糙，其表面条纹和刻痕等都会“复印”在工件表面，因此要特别重视阴极的表面质量。

(2)工艺参数对表面质量的影响电解加工中的电流密度、电解液的流速大小和温度高低都可能对工件的表面质量产生影响。电流密度低时，有助于工件阳极均匀溶解；电解液的流速过低，可能由于电解产物排出不及时等原因造成表面缺陷；流速过高，则可能引起流场不匀，形成局部真空而影响表面质量；电解液温度过低，会引起阳极表面的不均匀溶解或形成黑膜；温度过高，则会引起阳极表面局部剥落。因此，要保证良好的表面质量，要设法控制好各工艺参数。

(3)工件材料的合金成分、金相组织和热处理对表面质量的影响.合金成分多，晶界杂质多，金相组织不均匀，晶粒粗大，都会引起溶解速度的微小差异，从而影响到表面粗糙度。

三、电解加工的应用范围

1．电解锻模型腔由于电火花加工的精度容易控制，多数锻模的型腔采用电火花加工。但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、汽车拖拉机所需锻模，正逐步采用电解加工。

3．电解去毛刺机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小而难以去除。而采用电解加工，则可以提高工效，节省费用。

利用电解加工，还可以应用于深孔的扩孔加工、型孔加工以及抛光等工艺过程中。