重庆科创学院课件-其他特种加工技术讲解

《重庆科创学院课件-其他特种加工技术讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重庆科创学院课件-其他特种加工技术讲解（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第七章 其他特种加工技术 第七章 其他特种加工技术 7.1 电化学加工技术 7.2 激光加工技术 7.3 超声波加工技术 7.4 其他常用特种加工技术 习题 第七章 其他特种加工技术 7.1 电化学加工技术 7.1.1 电化学加工的原理与特点 1. 电化学加工的原理 图7-1所示为电化学加工的原理。两 片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜 (CuCl2)的水溶液中，此时水(H2O)离解为氢 氧根负离子OH和氢正离子H+，CuCl2离 解为两个氯负离子2Cl和二价铜正离子 Cu2+。当两个铜片接上直流电形成导电通 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

2、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。 第七章 其他特种加工技术 在阳极表面Cu原子失掉电子而 成为Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、 负离子的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7-1中阳极上为电 解蚀除，阴极上为电镀沉积，常用以提 炼纯铜)的方法即电化学加工。 第七章 其他特种加工技术 图7-1 电解(电镀)液中的电化学反应 第七章 其他特种加工技术 2. 电化学加工的分类 电化学加工有三种不同的类型。第 类是利用电化学反

3、应过程中的阳极溶解 来进行加工，主要有电解加工和电化学抛 光等；第类是利用电化学反应过程中的 阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸 等；第 类是利用电化学加工与其他加工 方法相结合的电化学复合加工工艺进行加 工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机 械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化 学加工的类别如表7-1所示。本节主要介绍 电解加工、电铸成型、电解磨削，其它的 电化学加工请参考相关资料。 第七章 其他特种加工技术 表7-1 电化学加工分类 第七章 其他特种加工技术 3. 电化学加工的适用范围 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

4、，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。 第七章 其他特种加工技术 7.1.2 电解加工 1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7-2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(0.10.8 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

5、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。 第七章 其他特种加工技术 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。 图7-2 电解加工原理图 第七章 其他特种加工技术 2) 特点 电解加工与其他加工方法相比较， 它具有下列特点: (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，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精

6、度和 表面粗糙度的限制。 (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 m。 第七章 其他特种加工技术 (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0.150.30 mm。此外，电解液对设备有 腐蚀作用，电解液的处理也较困难。 2. 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7-2。 第七章 其他特种加工

7、技术 表7-2 直流电源的特点及应用 第七章 其他特种加工技术 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。 第七章 其他特种加工技术 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

8、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。 第七章 其他特种加工技术 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，散腐蚀能力强，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；对机床设备腐蚀性大，

9、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。 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。 第七章 其他特种加工技术 3. 电解加工应用 日前，电解加工主要应用在深孔加 工、叶片(型面)加工、锻模(型腔)加工、管 件内孔抛光、各种型孔的倒圆和去毛刺、 整体叶轮的加工等方面。 图7-3是用

10、电解加工整体叶轮，叶 轮上的叶片是采用套料法逐个加工的。加 工完一个叶片，退出阴极，经分度后再加 工下一个叶片。 第七章 其他特种加工技术 图7-3 电解加工整体叶轮 第七章 其他特种加工技术 7.1.3 电铸成型 1电铸成型原理及特点 1) 成型原理 与大家熟知的电镀原理相似，电铸 成型是利用电化学过程中的阴极沉积现象 来进行成型加工的，即在原模上通过电化 学方法沉积金属，然后分离以制造或复制 金属制品。但电铸与电镀又有不同之处， 电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀 层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则 要电铸层与原模分离，其厚度也远大于电 镀层。 第七章 其他特种加工技术 电铸原理如图7

11、-4所示，在直流 电源的作用下，金属盐溶液中的金属离 子在阴极获得电子而沉积在阴极母模的 表面。阳极的金属原子失去电子而成为 正离子，源源不断地补充到电铸液中， 使溶液中的金属离子浓度保持基本不变 。当母模上的电铸层达到所需的厚度时 取出，将电铸层与型芯分离，即可获得 型面与型芯凹、凸相反的电铸模具型腔 零件的成型表面。 第七章 其他特种加工技术 图7-4 电铸成型的原理 第七章 其他特种加工技术 2) 特点 (1) 复制精度高，可以做出机械 加工不可能加工出的细微形状(如微细花 纹、复杂形状等)，表面粗糙度Ra可达 0.1 m，一般不需抛光即可使用。 (2) 母模材料不限于金属，有时 还可用

12、制品零件直接作为母模。 (3) 表面硬度可达3550HRC， 所以电铸型腔使用寿命长。 (4) 电铸可获得高纯度的金属制 品，如电铸铜，它纯度高，具有良好的 导电性能，十分有利于电加工。 第七章 其他特种加工技术 (5) 电铸时，金属沉积速度缓慢， 制造周期长。如电铸镍，一般需要一周左 右。 (6) 电铸层厚度不易均匀，且厚度 较薄，仅为48 mm左右。电铸层一般都 具有较大的应力，所以大型电铸件变形显 著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就 使电铸成型的应用受到一定的限制。 2电铸设备 铸设备(如图7-4所示)主要包括电铸 槽、直流电源、搅拌和循环过滤系统、恒 温控制系统等。 第七章 其他特种

13、加工技术 1) 电铸槽 电铸槽材料的选取以不与电解液作 用引起腐蚀为原则。一般用钢板焊接，内衬 铅板或聚氯乙烯薄板等。 2) 直流电源 电铸采用低电压大电流的直流电源 。常用硅整流，电压为612 V左右，并可 调。 3) 搅拌和循环过滤系统 为了降低电铸液的浓差极化，加大 电流密度，减少加工时间，提高生产速度， 最好在阴极运动的同时加速溶液的搅拌。搅 拌的方法有循环过滤法、超声波或机械搅拌 等。循环过滤法不仅可以使溶液搅拌，而且 在溶液不断反复流动时进行过滤。 第七章 其他特种加工技术 4) 恒温控制系统 电铸时间很长，所以必须设置恒温控 制设备。它包括加热设备(加热玻璃管、电炉 等)和冷却设

14、备(冷水或冷冻机等)。 3电铸的应用 电铸具有极高的复制精度和良好的机 械性能，已在航空、仪器仪表、精密机械、 模具制造等方面发挥日益重要的作用。 图7-5为刻度盘模具型腔电铸过程。 其中图(a)为电铸过程中的阴极母模简图，图 (b)为母模进行引导线及包扎绝缘处理图，图 (c)为电铸，图(d)为电铸产品后处理图。 第七章 其他特种加工技术 图7-5 刻度盘模具型腔电铸过程 第七章 其他特种加工技术 7.1.4 电解磨削 1加工原理及特点 1) 加工原理 电解磨削是电解加工的种特殊 形式，是电解与机械的复合加工方法。 它是靠金属的溶解(占95%98%)和机械 磨削(占2%5%)的综合作用来实现加

15、工 的。 加工原理如图7-6所示。加工过 程中，磨轮(砂轮)不断旋转，磨轮上凸出 的砂粒与工件接触，形成磨轮与工件间 的电解间隙。电解液不断供给，磨轮在 旋转中，将工件表面由电化学反应生成 的钝化膜除去，继续进行电化学反应， 如此反复不断，直到加工完毕。 第七章 其他特种加工技术 电解磨削的阳极溶解机理与普通 电解加工的阳极溶解机理是相同的。不 同之处在于：电解磨削中，阳极钝化膜 的去除是靠磨轮的机械加工去除的，电 解液腐蚀力较弱；而一般电解加工中的 阳极钝化膜的去除，是靠高电流密度去 破坏(不断溶解)或靠活性离子(如氯离子) 进行活化，再由高速流动的电解液冲刷 带走的。 第七章 其他特种加工

16、技术 图7-6 电解磨削加工原理图 第七章 其他特种加工技术 2) 特点 (1) 磨削力小，生产率高。这是 由于电解磨削具有电解加工和机械磨削 加工的优点。 (2) 加工精度高，表面加工质量 好。因为电解磨削加工中，一方面工件 尺寸或形状是靠磨轮刮除钝化膜得到的 ，故能获得比电解加工好的加工精度； 另一方面，材料的去除主要靠电解加工 ，加工中产生的磨削力较小，不会产生 磨削毛刺、裂纹等现象，故加工工件的 表面质量好。 (3) 设备投资较高。其原因是电 解磨削机床需加电解液过滤装置、抽风 装置、防腐处理设备等。 第七章 其他特种加工技术 2电解磨削的应用 电解磨削广泛应用于平面磨削、成 型磨削和内外圆磨削。图7-7(a)、(b)分别为 立轴矩台平面磨削、卧轴矩台平面磨削的示 意图。图7-8为电解成型磨削示意图，其磨削 原理是将导电磨轮的外圆圆周按需要的形状 进行预先成型，然后进行电解