《特种加工第5版 含 1CD 教学课件 ppt 作者 刘晋春 赵家齐 哈尔滨工大 等编 第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《特种加工第5版 含 1CD 教学课件 ppt 作者 刘晋春 赵家齐 哈尔滨工大 等编 第四章（136页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 电化学加工,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 电化学加工原理及分类,一、电化学加工的基本原理 二、电化学加工的分类,一、电化学加工的基本原理,(一) 电化学加工过程 (二) 电解质溶液 (三) 电极电位 (四) 电极的极化 (五) 金属的钝化和活化,图4-1 电解液中的电化学反应,图4-2 原电池示意图,图4-3 活泼金属的双电层,图4-4 不活泼金属的双电层,表4-1 一些元素的标准电极电位(25C),表4-1 一些元素的标准电极电位(25C),表4-1 一些元素的标准电极电位(25C),表4-1 一
2、些元素的标准电极电位(25C),(四) 电极的极化,1.浓差极化 2.电化学极化,图4-5 电极极化曲线 i电流密度 1阴极端 2阳极端,表4-2 电化学加工的分类表,表4-2 电化学加工的分类表,第二节 电 解 加 工,一、电解加工过程及其特点 二、电解加工时的电极反应 三、电解液 四、电解加工的基本规律 五、提高电解加工精度的途径 六、电解加工的基本设备 七、电解加工工艺及其应用,一、电解加工过程及其特点,1) 加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。 2) 电解加工的生产率较高
3、，约为电火花加工的510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度和表面粗糙度的限制。 3) 可以达到较好的表面粗糙度(Ra1.250.2m)和0.1mm左右的平均加工精度。 4) 由于加工过程中不存在机械切削力，所以不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛刺。 5) 加工过程中阴极工具在理论上不会耗损，可长期使用。,1) 不易达到较高的加工精度和加工稳定性。 2) 电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产。 3) 电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够的刚性和防腐性能，造价较高。 4) 电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境。,图
4、4-6 电解加工示意图 1直流电源 2工具阴极 3工件阳极 4电解液泵 5电解液,图4-7 电解加工成形原理,二、电解加工时的电极反应,(一) 钢在NaCl水溶液中电解的电极反应 (二) 电解加工过程中的电能利用,(一) 钢在NaCl水溶液中电解的电极反应,(1) 阳极反应 就可能性而言，分别列出其反应方程，按表4-1查出U0，并按能斯特公式(式4-1)计算出电极电位U，作为分析时参考。 (2) 阴极反应 按可能性为：,(1) 阳极反应,1) 阳极表面每个铁原子在外电源作用下放出(被夺去)两个或三个电子，成为正的二价或三价铁离子而溶解进入电解液中。 2) 负的氢氧根离子被阳极吸引，丢掉电子而析
5、出氧气： 3) 负的氯离子被阳极吸引，丢掉电子而析出氯气：,(2) 阴极反应,1) 正的氢离子被吸引到阴极表面从电源得到电子而析出氢气 2) 正的钠离子被吸引到阴极表面，得到电子而析出Na,图4-8 电解加工间隙内的电压分布 阳极压降 欧姆压降 阴极压降,三、电解液,(一) 对电解液的基本要求 (二) 三种常用的电解液 (三) 电解液参数对加工过程的影响 (四) 电解液的流速及流向 (五) 电解液出水口的布局,(一) 对电解液的基本要求,(1) 具有足够的蚀除速度 即生产率要高，这就要求电解质在溶液中有较高的溶解度和离解度，具有很高的电导率。 (2) 具有较高的加工精度和表面质量 电解液中的金
6、属阳离子不应在阴极上产生放电反应而沉积到阴极工具上，以免改变工具的形状及尺寸。 (3) 阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物 这主要是便于处理，且不会使阳极溶解下来的金属阳离子在阴极上沉积，通常被加工工件的主要组成元素的氢氧化物大都难溶于中性盐溶液，故这一要求容易满足。,(二) 三种常用的电解液,1. NaCl电解液 2. NaNO3电解液 3. NaClO3电解液 4.电解液中加添加剂,图4-9 钢在NaN电解液中的极化曲线,图4-10 杂散腐蚀能力比较,4Z11.TIF,4Z12.TIF,表4-3 常用电解液的电导率1/(cm),表4-4 电解液配方及电参数,图4-13 电解液的流向 a)
7、正向流动 b)反向流动 c)横向流动,图4-14 出水口布局对流场的影响,图4-15 流线夹角小于90时形成死水区 a)、b)正向流动 c)、d)反向流动,四、电解加工的基本规律,(一) 生产率及其影响因素 (二) 精度成形规律 (三) 表面质量,(一) 生产率及其影响因素,1.金属的电化学当量和生产率的关系 2.电流密度和生产率的关系 3.电极间隙大小和蚀除速度的关系,表4-5 一些常见金属的电化学当量,图4-16 蚀除过程示意图 1阴极工具 2蚀除速度 3工件,图4-17 与间的双曲线关系,(二) 精度成形规律,1.端面平衡间隙 2.法向平衡间隙 3.侧面间隙 4.平衡间隙理论的应用 5.
8、影响加工间隙的其他因素,4Z18.TIF,4Z19.TIF,图4-20 -t曲线,图4-21 法向进给速度 及法向间隙,图4-22 侧面间隙,3.侧面间隙,4.平衡间隙理论的应用,1) 计算加工过程中各种电极间隙，例如端面、斜面、侧面的间隙。 2) 设计电极时计算阴极尺寸及修正量，亦即根据工件形状尺寸计算阴极形状尺寸。 3) 分析加工精度，如整平比以及由于毛坯留量不均引起的误差，阴极、工件原始位置不一致引起的误差等。 4) 选择加工参数，如电极间隙、电源电压、进给速度等。,图4-23 cos作图法设计阴极,图4-24 尖角变圆现象,(三) 表面质量,1) 工件材料的合金成分、金相组织及热处理状
9、态对表面粗糙度的影响很大。 2) 工艺参数对表面质量也有很大影响。 3) 阴极表面条纹、刻痕等都会相应地复印到工件表面，所以阴极表面要注意加工。,五、提高电解加工精度的途径,(一) 脉冲电流电解加工 (二) 小间隙电解加工 (三) 改进电解液 (四) 混气电解加工,(一) 脉冲电流电解加工,1) 消除加工间隙内电解液电导率的不均匀化。 2) 脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的，呈脉冲状。,图4-25 余量不均匀时 电解加工示意图,(四) 混气电解加工,1.混气电解加工原理及优缺点 2.气液混合比,1.混气电解加工原理及优缺点,1) 增加了电解液的电阻率，减少了杂散腐蚀，使电
10、解液向非线性方面转化。 2) 降低电解液的密度和粘度，增加流速，均匀流场。,图4-26 混气电解加工效果对比 a)不混气 b)混气,图4-27 混气电解加工示意图 1工件 2阴极工具 3扩散部 4混合部 5引导部,图4-28 混气电解 加工型孔,六、电解加工的基本设备,(一) 直流电源 (二) 机床 (三) 电解液系统,1.对电解加工机床的要求,(1) 机床的刚性 电解加工虽然没有机械切削力，但电解液有很高的压强，如果加工面积较大，则对机床主轴、工作台的作用力也是很大的，一般可达2040kN。 (2) 进给速度的稳定性 金属的阳极溶解量是与时间成正比的，进给速度不稳定，阴极相对工件的各个截面的
11、电解时间就不同，影响到加工精度。 (3) 防腐绝缘 电解加工机床经常与有腐蚀性的电解液相接触，故必须采取相应的防腐措施，以保护机床避免或减少腐蚀。 (4) 安全措施 电解加工过程中将产生大量氢气，如果不能迅速排除，就有可能因火花短路等而引起氢气爆炸，必须相应地采取排氢防爆措施。,(3) 防腐绝缘, 条件：电网电压变化10%或负载变化25%100%； 可输出额定电流的电压范围为1224V； 外加控制柜700mm700mm2 100mm及主变压器。,表4-6 国内经鉴定已投入使用的几种可控硅电源,表4-6 国内经鉴定已投入使用的几种可控硅电源,图4-29 电解液系统示意图 1电解液槽 2过滤网 3
12、管道 4泵用电 动机 5离心泵 6加工区 7过滤器 8安全阀 9压力表 10阀门,七、电解加工工艺及其应用,1.深孔扩孔加工 2.型孔加工 3.型腔加工 4.套料加工 5.叶片加工 6.电解倒棱去毛刺 7.电解刻字 8.电解抛光 9.数控展成电解加工,图4-30 固定式阴极深孔扩孔原理图 1电解液入口 2绝缘定位套 3工件 4工具阴极 5密封垫 6电解液出口,图4-31 移动式阴极深孔扩孔示意图,图4-32 深孔扩孔用的移动式阴极 1后引导 2阴极锥体 3出水孔 4前引导 5密封圈 6接头及入水孔,4z33.TIF,4z34.TIF,图4-35 增液孔的设置,图4-36 异形零件,图4-37
13、套料阴极工具,图4-38 电解加工整体叶轮,图4-39 齿轮的电解去毛刺,图4-40 电解刻字示意图,8.电解抛光,(1) 电解液的成分、比例对抛光质量有着决定性的影响 目前从理论上尚不能确定某种金属或合金的最适宜的电解液成分、比例，主要是通过实验来确定。 (2) 电参数 主要是阳极电位和阳极电流密度。 (3) 电解液温度及其搅拌情况 对于每一种金属和合金来说，电解液的温度都有一个最适宜的范围，这一温度范围目前主要依靠实验来确定。 (4) 金属的金相组织与原始表面状态 电解抛光对于金属的金相组织的均匀性反应十分敏感。,表4-7 电解抛光常用电解液及抛光参数,表4-7 电解抛光常用电解液及抛光参
14、数,表4-7 电解抛光常用电解液及抛光参数,表4-7 电解抛光常用电解液及抛光参数,第三节 电 解 磨 削,一、电解磨削的基本原理和特点 二、影响电解磨削生产率和加工质量的因素 三、电解磨削用电解液及其设备 四、电解磨削的应用,一、电解磨削的基本原理和特点,(1) 加工范围广，加工效率高 由于它主要是电解作用，因此只要选择合适的电解液就可以用来加工任何高硬度与高韧性的金属材料，例如磨削硬质合金时，与普通的金刚石砂轮磨削相比较，电解磨削的加工效率要高35倍。 (2) 可以提高加工精度及表面质量 因为砂轮并不主要磨削金属，磨削力和磨削热都很小，不会产生磨削毛刺、裂纹、烧伤现象，一般表面粗糙度可优于
15、Ra0.16m。 (3) 砂轮的磨损量小 例如磨削硬质合金，普通刃磨时，碳化硅砂轮的磨损量为切除硬质合金质量的46倍；电解磨削时，砂轮的磨损量不超过硬质合金切除量的50%100%，与普通金刚石砂轮磨削相比较，电解磨削用的金刚石砂轮的损耗速度仅为它们的1/51/10，可显著降低成本。,一、电解磨削的基本原理和特点,(一) 阳极反应 (二) 阴极反应,图4-41 电解磨削原理图 1导电砂轮 2电解液 3工件,图4-42 电解磨削加 工过程原理图 1磨粒 2结合剂 3工件 4阳极薄膜 5电极间隙及电解液,(一) 阳极反应,1.钴的阳极氧化反应 2.WC的阳极氧化反应 3.钴的钝化反应 4.钨的钝化反
16、应,二、影响电解磨削生产率和加工质量的因素,(一) 影响生产率的主要因素 (二) 影响加工精度的因素 (三) 影响表面粗糙度的因素,(一) 影响生产率的主要因素,1.电化学当量 2.电流密度 3.磨轮(阴极)与工件间的导电面积 4.磨削压力,2.电流密度,图4-43 中极法电解磨削 1普通砂轮 2工件 3电解液喷嘴 4钝化膜(阳极薄膜) 5中间电极,(二) 影响加工精度的因素,1.电解液 2.阴极导电面积和磨粒轨迹 3.被加工材料的性质 4.机械因素,(三) 影响表面粗糙度的因素,1.电参数 2.电解液 3.工件材料性质 4.机械因素,三、电解磨削用电解液及其设备,(一) 电解液 (二) 电解磨削用设备,(一) 电解液,1) 能够使金属表面生成结构紧密、粘附力强的钝化膜，以获得良好的尺寸精度和表面粗糙度。 2) 导电性好，以获得高生产率。 3) 不锈蚀机床及工夹具。 4) 对人体和环境无危害，确保人
