现代加工技术第3章 电化学加工

U RE E aE c
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第3章 电化学加工
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3.3.电化学加工的基本规律
2 精度成型规律
I 端面平衡间隙
i 如果阴极固定不动，则加工间隙逐 渐增大，蚀除速度减小；
ii 如果阴极以恒定速度向工件进给，则加工间隙逐 渐减小，而蚀除速度将以双曲线关系增大，经过 一段时间后，蚀除速度与进给速度达到动态平衡， 此时的间隙称为平衡间隙；
II 电化学加工缺点：
i 不能加工非导电材料和有尖锐内角的形状； ii 在实心材料上不能一步加工出盲孔； iii 设备易腐蚀和生锈；
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3.2.电化学加工设备
1 直流电源
I 硅整流电源
先用变压器把380V的交流电变为低压交流电，后经ZCZ 型的大功率二极管整流。
i 扼流式饱和电控器调压 ii 自饱和式电控器调压 iii 晶闸管调压
II 晶闸管电源
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3.2.电化学加工设备
2 机床
I 对电化学加工机床的要求
i 机床刚性：
电解液对机床主轴、工作台的作用力比较大，如部件变 形过大，易引起短路；
ii 进给速度的稳定性
进给速度不稳定，阴极相对工件各个截面的电解时间就 不同，影响加工精度；
3.5.电化学加工的应用
4 套料加工
加工二维空间曲面；
阴极由阴极体和阴极片组成，零件尺 寸由阴极片内腔口保证； 加工精度较高，表面粗糙度好； 由于工件形状复杂，电解液流场很重要；
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3.5.电化学加工的应用
5 叶片加工
叶片加工有单面加工和双面加工； 立式机床用于单面加工，卧式机床用于双面加工； 多采用侧流法供液，在工作箱内进行；
II 阳极工件
i 工件材料必须是良导体；
ii 夹具由绝缘材料制成，如环氧树脂、玻璃纤维等 良好的热稳定性和低湿性材料；
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3.2.电化学加工设备
3 工具、工件及电解液
III 电解液系统
i 必不可少的组成部分，由泵、电解液槽、过滤器、 管道和阀组成；
ii 泵一般为离心泵，容易实现密封和防腐；
阳极产物是不溶性化合物，工件材料的氢氧化物大多 不溶；
低粘度和高比热容，较好的化学稳定性；
无腐蚀和毒性；
容易制备；
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3.2.电化学加工设备
3 工具、工件及电解液
IV 电解液
iii 三种常见电解液：中 性盐溶液、酸性及碱 性溶液
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应按侧面间隙计算；
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3.3.电化学加工的基本规律
2 精度成型规律
III 侧面间隙
i 阴极不绝缘时：s b 2hb1 ii 阴极侧面绝缘时：s b 2bb1
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3.3.电化学加工的基本规律
2 精度成型规律
我国叶片多数采用氯化钠电解 液的混气电解加工或间隙易控 制的氯酸钠电解液；
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3.5.电化学加工的应用
6 电解倒棱去毛刺
机械加工中去毛刺的工作量很大，电解去毛刺可以提高 工效和节省费用；
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3.6.电化学磨削
III 采用成型石墨 磨轮并于工件 处于非接触状 态进行电化学 成型磨削；
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3.6.电化学磨削
2 加工速度、精度及表面粗糙度
I 加工速度
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3.6.电化学磨削
2 加工速度、精度及表面粗糙度
II 加工精度及表面粗糙度
1 电化学磨削加工原理
I 用金属结合剂粘接或用电化学沉积金刚石 磨轮及导电磨轮，使电化学加工与机械磨 削同时进行；
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3.6.电化学磨削
1 电化学磨削加工原理
II 经过粗加工或半精加工后，切断电源，只 用机械磨削进行加工；
利用电化学磨削加工的高效率和机械磨削的精度；
iii 安全与防腐
排氢防爆措施； 电解液及其电化学产物具有腐蚀性，必须密封；
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3.2.电化学加工设备
3 工具、工件及电解液
I 阴极工具
i 形状尺寸和表面粗糙度影响工件的加工精度和表 面粗糙度；
ii 材料：铝、铜、青铜、黄铜、石墨、不锈钢、镍 铜合金；
iii 制备方法：机械加工、冷锻和电铸；
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3.4.提高电化学加工精度的措施
3 混气电化学加工
I 混气电化学加工原理
将一定压力的气体（CO2、N2或空气）与电解液混合，
然后进入加工区进行电化学加工。
II 特点：
i 提高电解加工精度，尤其是成型精度； ii 简化阴极的设计、制造；
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IV 平衡间隙理论的应用（NaCl电解液中）
i 计算加工过程中的各种电极间隙，推算加工后 工件的形状尺寸；
ii 设计电极时，计算阴极尺寸及修正量；
iii 选择加工参数：电极间隙、电压、进给速度等；
3 表面质量
i 表面粗糙度：Ra1.25~0.16μm；
ii 表面无塑性变形、残余应力、冷作硬化或烧伤等 iii 可能会出现晶间腐蚀、流纹、麻点、表面黑膜等
iii 电解液净化：清除固体杂质和金属晶粒
介质过滤法：100~200#的尼龙丝网， 制造容易、成本低和效果好； 沉淀法：倒锥形漏斗、斜管沉淀 池；
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第3章 Biblioteka Baidu化学加工
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3.2.电化学加工设备
3 工具、工件及电解液
IV 电解液
i 电解液的作用：
作为导电介质接通工具与工件之间的电路； 在电场作用下进行电化学反应，阳极溶解顺利并进行 控制； 带走热量和电化学产物；
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3.5.电化学加工的应用
3 型腔的加工
I 特点：
加工效率较高，精度较低； 当采用硝酸钠和氯酸钠作电解液时，阴极设计较容易；
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3.5.电化学加工的应用
3 型腔的加工
II 阴极设计：
从加工零件图样出发，根据平衡间隙理论， 确定各处的间隙大小，并在实践中根据电 场和流场的情况修正阴极的尺寸；
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3.7.电铸和涂镀加工
1 电铸加工
I 电铸加工的原理、特点和应用范围
i 加工原理：
可导电的原模作阴极，电 铸材料作阳极，电铸材料 的金属盐溶液作电铸镀液， 在直流电源的作用下，阳 极上的金属原子以金属离 子进入镀液，在阴极上获 得电子成为金属原子而沉 积镀覆在阴极原模表面。
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3.2.电化学加工设备
3 工具、工件及电解液
IV 电解液
ii 对电解液的基本要求：
具有足够的蚀除速度，要求电解质具有较强的溶解度、 离解度和导电率；
具有较高的加工精度和表面粗糙度，电解液中的金属 阳离子不应在阴极上产生放电反应而沉积在阴极上；
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3.6.电化学磨削
3 电化学磨削的应用
I 硬质合金刀具的电解磨削 II 硬质合金轧辊的电解磨削 III 电解珩磨
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3.6.电化学磨削
3 电化学磨削的应用
IV 电解研磨
i 固定磨料加工
在工具电极上相间粘贴砂布，砂布之间的金属面作为导 电表面，砂布粘贴的厚度即为加工间隙；
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3.4.提高电化学加工精度的措施
2 小间隙加工
I 工件材料的蚀除速度与加工间隙成反比；
II 工件表面余量不均和表面微观不平使加工 间隙不均匀；
III 采用小间隙加工对提高加 工精度和生产率有利；
IV 但对液流阻力增大，电流 密度大，使电解液温升快、 压力高，易短路；
根据理论公式计算出端面间隙和侧面间隙，工具阴极的 这些部分的尺寸可以根据工件尺寸减去间隙得到；
法向间隙随倾角θ的变化而变化，故进行修正设计；
复杂表面加工时，电解液流场不易均匀， 在流速和流量不足的部位电蚀量偏小，容 易短路，因此在阴极对应部位加开增液孔 或增液缝；
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3.3.电化学加工的基本规律
1 生产率及其影响因素
I 金属的电化学当量与生产率的关系
电化学当量：电极上溶解或析出物质的量与电量的比值。
i 法拉第电解定律：M=KIt
ii 电解量在理论上不受电解液的浓度、温度、压力、 电极材料及形状的影响；
iii 实际加工中，阳极可能出现其他反应，被电解的
金属量会小于理论值，实际蚀除量：M=ηKIt
bURvc
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3.3.电化学加工的基本规律
2 精度成型规律
II 法向平衡间隙
i 法向平衡间隙： n U R v c co b s co
ii 法向平衡间隙比端面平衡间隙要大 1 cos ；
iii θ角越大，计算出的法向平衡
间隙误差越大，当θ≤45º时，
ii 游离磨料加工
在工具电极上粘贴不带磨料的绝缘布，磨料混在电解液 中；
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3.7.电铸和涂镀加工
电铸和表面局部涂镀加工在原理和本质上都是属于电镀 工艺的范畴。与电解相反，是利用电镀液中的金属正离 子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的过程。
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3.3.电化学加工的基本规律
1 生产率及其影响因素
II 电流密度与生产率的关系
电流I是电流密度i与加工面积的乘积A。
i 阳极金属的蚀除速度：Va=ηωi
ii 当电解液压力和流速较高时，可选用较大的电流 密度；
iii 电流密度过高将会引起火花放电，析出氯、氧等 气体，并使电解液温度过高，造成局部短路。
现代加工技术第3章 电化学加工
3.1.电化学加工原理、特点及分类
1 电化学加工原理
将电镀中阳极金属的溶解现象应用于金属加工，工具接 阴极，工件为阳极。
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3.1.电化学加工原理、特点及分类
2 电化学加工的特点
I 电化学加工优点：
i 无应力加工； ii 无毛刺加工； iii 工件和工具不接触，工具无磨损；
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3.5.电化学加工的应用
1 深孔扩孔加工
I 固定式
工件和阴极之间无相对运动； 设备简单、操作方便、加工效率高； 阴极较工件长，所需功率较大； 电解液在进出口处的温度和电解产物不同，容易引起粗 糙度和尺寸精度不均；
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3.5.电化学加工的应用
1 深孔扩孔加工
II 移动式
阴极在孔内做轴向移动； 阴极较短、精度要求低、制造容易、可加工任意长度的 零件不受电源功率影响； 需有效长度大于工件的机床； 由于加工面积不断变化，需自动控制，为避免产生涡流 和死水区，阴极应设计成圆锥形； 为避免产生涡流和死水区，阴极应设计成圆锥形；
iv 实际的电流密度决定于电源电压、电极间隙及电 解液的导电率，因此蚀除速度应考虑上述因素。
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3.3.电化学加工的基本规律
1 生产率及其影响因素
III 电极间隙的大小与蚀除速度的关系
i 电极间隙越小，电解液的电阻越小，电流密度越
大，蚀除速度越高；
ii Va U R
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3.4.提高电化学加工精度的措施
3 混气电化学加工
III 混入气体的主要作用：
i 增加电解液的电阻率，减少杂散腐蚀，使电解液 向非线性方面转化；
ii 降低电解液的密度和粘度，增加流速，均匀流场
IV 混气电解液的缺点：
i 电流密度下降，使其生产率下降1/2~1/3； ii 适用于小功率电源加工大工件；
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3.5.电化学加工的应用
2 型孔的加工
加工形状复杂、尺寸较小的异型通孔或盲孔；
型孔加工一般采用端面进给法； 为避免锥度，阴极侧面要绝缘； 为增加加工速度，可适当增加 端面工作面积，出水孔的截面 积大于加工间隙的截面积；
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3.4.提高电化学加工精度的措施
1 脉冲电流电化学加工
I 阳极金属表面形成的钝化膜不同于直流加 工，表面为坚固的蓝黑色光亮表面；
II 间歇加工，电腐蚀物有足够时间排出，电 解液流动通畅，提高加工稳定性；
III 可以采用小间隙加工； IV 加工速度低于直流加工；