《精密与特种加工技术 教学课件 ppt 作者 张建华 主编 1_第六章 电化学加工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精密与特种加工技术 教学课件 ppt 作者 张建华 主编 1_第六章 电化学加工（155页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、03GDD6,主编,第六章 电化学加工,第一节 电解加工的机理和基本规律 第二节 电 解 液 第三节 电解加工参数和加工精度 第四节 混气电解加工 第五节 电解加工设备 第六节 电解加工工艺 第七节 电化学机械复合加工 第八节 阴极沉积加工,第一节 电解加工的机理和基本规律,一、电解加工的特点及应用 二、电解加工的机理 三、金属阳极溶解机理 四、电解加工中的基本规律,一、电解加工的特点及应用,)能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简单。 )可以加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工的金属材料，如淬火钢、钛合金、不锈钢、硬质合金等。 )加工过程中无切削力和
2、切削热，工件不产生内应力和变形，适合于加工易变形和薄壁类零件。 )加工后的零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度可以达到.，尺寸精度对于内孔可以达到.、对于型腔可以达到.。 )与其他加工方法相比，生产率较高。 )加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。,一、电解加工的特点及应用,)加工精度一般不如电火花加工和超声波加工高。 )加工复杂型腔和型面时，工具的制造费用较高，一般不适合于单件和小批量生产。 )电解加工设备占地面积大，附属设备多，初期投资较大。 )电解液的处理和回收有一定难度，而且对设备有一定的腐蚀作用，加工过程中产生的气体对环境有一定的污染。,二、电解加工的机理,图- 电解加工示意图 主轴
3、 工具 工件 直流电源,二、电解加工的机理,图- 电解加工成形原理,三、金属阳极溶解机理,.电极电位 .电解加工时的电极反应 .电极的极化和超电压,.电极电位,图- 电解池中离子的 迁移及电位分布,.电极电位,图- 双电层示意图,.电解加工时的电极反应,一般情况下，工件材料不是纯金属，而是合金，其金相组织也不完全一致，电解液的成分、温度、流速等因素对电解过程都有影响，使得电解加工中电极间的反应极为复杂。下面以铁在氯化钠电解液中进行电解加工为例，分析阳极和阴极发生的电极反应。,.电极的极化和超电压,图- 电极极化曲线 阴极端 阳极端,.电极的极化和超电压,()浓度超电压 ()电阻超电压 ()化学
4、超电压,()浓度超电压,电解加工时，金属不断地溶解生成离子并向外扩散，离子生成的速度大于扩散的速度，从而在电极附近造成离子的堆积，出现金属离子在阳极附近浓度的提高，这种现象称为浓度极化。电流密度愈大，浓度极化愈明显。浓度极化改变了双电层电位。为了保持一定的电化学电流和加工速度，必须增加一个外加电压。,()电阻超电压,由于电极反应，会在阳极金属表面上形成一层致密而又非常薄的粘膜，这层粘膜由氧化物、氢氯化物或盐组成，也称为钝化膜，从而使金属表面失去了原有的活泼性，导致金属的溶解过程减慢，这就是通常所说的阳极钝化现象。要克服钝化膜的电阻，就需要额外增加电源电压。这个电压称之为电阻超电压。,()化学超
5、电压,电化学反应处于平衡状态时，电解液的一部分离子通过存在于电极表面和电解液面组成的双电层时，就在这个电极上放电，同时，金属电极上也有一部分原子释放电子并通过双电层进入电解液，以维持平衡。,四、电解加工中的基本规律,.电化学当量 .加工速度 .加工间隙,金属阳极溶解时，金属的溶解量与通过的电量符合法拉第定律。法拉第定律如下： 法拉第第一定律：在电极的两相界面处，发生电化学反应物质的量与通过的电量成正比。 法拉第第二定律：当相同的电量通过不同的电解质溶液时，在电极上析出或溶解的物质的量与其化学当量成正比。,.电化学当量,如果阳极只发生金属溶解而没有析出其他物质时，根据法拉第第一定律，金属溶解的理
6、论重量为,.电化学当量,(6-1) (6-2),.加工速度,()体积加工速度() ()深度加工速度(),()体积加工速度(),表示单位时间内去除工件材料的体积量。由法拉第定律可知：电解加工时实际溶解金属的重量,(6-3) (6-4) (6-5),()深度加工速度(),表示单位时间内在工件深度上的去除量(简称加工速度)，工件被加工面积是，加工深度为，则体积去除量,(6-6),.加工间隙,()端面平衡间隙 ()法向平衡间隙 ()侧面间隙 ()平衡间隙理论的应用 ()加工间隙的基本要求 ()影响加工间隙的其他因素,()端面平衡间隙,图- 加工间隙变化过程 进给速度 阳极溶解速度 起始间隙 平衡间隙,
7、()端面平衡间隙,(6-7) (6-8) (6-9),()端面平衡间隙,(6-10) (6-11),()法向平衡间隙,图- 法向间隙和法向进给速度,()侧面间隙,图- 阴极侧面不绝缘,()侧面间隙,(2-13) (2-14) (2-15),()侧面间隙,(2-16) (2-17) (2-18),()侧面间隙,图- 阴极侧面绝缘,()平衡间隙理论的应用,平衡间隙理论可以应用在电解液加工中，计算加工中端面、斜面、侧面的电极间隙；设计电极尺寸和修正量；分析加工精度；选择加工参数，如电源电压、进给速度、电解液的浓度和温度等等。,()加工间隙的基本要求,第一，间隙要均匀，使得各处电解液的流速、电场尽可能
8、地相近，特别是在精加工阶段，更应该如此。 第二，间隙大小要适中。 第三，间隙要稳定，对于同一批零件，间隙变化要小，以保证加工精度的相近性，缩小尺寸的分散范围，提高工件的重复精度。,()影响加工间隙的其他因素,影响加工间隙的因素除了阴极进给速度外，电解液的成分、温度、工件材料及其金相组织、电流密度、电流效率、电压等也将影响平衡间隙。,第二节 电 解 液,一、对电解液的基本要求 二、电解液的特性 三、电解液的种类及选用 四、电解液参数对加工过程的影响 五、电解液的流速和流向,一、对电解液的基本要求,)电导率要高，流动性要好，可以保证用较低的加工电压获得较大的加工电流，能在较低的压力下得到较高的流速
9、，减少发热。 )电解质在溶液中的电离度和溶解度要大。 )阳极的电解产物应是不溶性的化合物，这样便于处理，不会在阴极表面沉积。 )性能稳定，操作使用安全，对设备产生的腐蚀作用轻，不易燃，不爆炸，对环境污染和人体危害要小。 )价格低廉，适应性广，使用寿命长。,二、电解液的特性,.杂散腐蚀 .电流效率 .加工速度的非线性,.杂散腐蚀,杂散腐蚀是衡量电解液加工精度高低的指标。在除了电解液以外其他条件都相同的情况下，能严格地按照工具电极的形状进行加工，成形精度高的电解液，其杂散腐蚀小，反之则大。,.电流效率,图- 电流效率曲线,.加工速度的非线性,图- 速度与电流密度曲线,三、电解液的种类及选用,.电解
10、液的分类 .添加剂及复合电解液,.电解液的分类,()酸性溶液 如、等无机酸的水溶液可以用来作电解液。 ()碱性电解液 这类电解液如、等，一般不直接用作加工金属的电解液，只用于加工铜、钼、钨时作为添加剂使用。 ()中性盐电解液 中性盐电解液应用普遍，适应范围广，安全。,单一的电解液都有一定的局限性。因此，常在电解液中使用添加剂来改善电解液的性能，或将两种以上的添加剂按一定比例混合制成复合电解液。,.添加剂及复合电解液,电解液的参数有成分、浓度、温度、酸碱度、粘性等，它们对电解加工过程都有显著的影响，其中最基本的因素是浓度和温度。电解液的电导率、电流效率和粘度等都与浓度、温度密切相关，因而电解加工
11、的生产率、加工精度和加工表面质量都与电解液的浓度、温度有密切的关系。,四、电解液参数对加工过程的影响,四、电解液参数对加工过程的影响,五、电解液的流速和流向,图- 电解液的流向,第三节 电解加工参数和加工精度,一、复制精度与加工参数的关系 二、重复精度与加工参数的关系 三、加工表面质量与加工参数的关系,复制精度的高低主要由加工时所能达到的平衡间隙所决定。平衡间隙小，复制精度就高；反之则复制精度低。,一、复制精度与加工参数的关系,一、复制精度与加工参数的关系,图- 电流效率与电流密度关系 )钝化性电解液 )非钝化性电解液,二、重复精度与加工参数的关系,.电解液的电导率 .间隙电压对重复精度的影响
12、 .进给速度对重复精度的影响 .间隙内电解液流速对重复精度的影响,.电解液的电导率,电解液的电导率是电解液的一个重要参数，当其他条件不变时，由平衡间隙公式,.间隙电压对重复精度的影响,间隙电压在加工过程中的稳定与否对重复精度将产生直接的影响。加工电压和分解电压都影响间隙电压。当工件材料、电解液成分、浓度、温度、流速都保持相对稳定时，分解电压就基本不变，这时控制加工电压就能保持间隙电压的相对稳定。,.进给速度对重复精度的影响,工件的重复精度还受工具电极进给速度的影响。在加工过程中，进给速度要稳定，不因其他因素而改变；低速时不应产生爬行。具体来说，机床的进给速度变化率应小于。,.间隙内电解液流速对
13、重复精度的影响,电解液在加工间隙内的流速由电解液的进口压力和出口背压决定，当流速稳定时，阳极的极化程度和间隙内的电阻分布就能够保持相对稳定，重复精度就高。,三、加工表面质量与加工参数的关系,.加工参数对表面粗糙度的影响 .加工参数对表层物理化学性能的影响,.加工参数对表面粗糙度的影响,)小间隙和高电流密度加工使得各种金相组织达到均匀溶解，因此可以获得较小的表面粗糙度值。 )在小间隙和高间隙电压条件下加工时，采用低浓度的电解液，即使电流密度不高，也可以获得较小的表面粗糙度值。 )适当的电解液流速和均匀的流场设计可获得较小的表面粗糙度值。 )电解液的温度应控制在适当的范围。 )选择与工件材料相适应
14、的电解液。,.加工参数对表层物理化学性能的影响,表面物理化学性能包括晶间腐蚀、选择性腐蚀、点蚀、显微裂纹、流纹、亮斑等现象。这类缺陷的产生首先与工件材料及其金相组织有关。,第四节 混气电解加工,一、混气电解加工原理 二、气液混合比和气液混合器,一、混气电解加工原理,图- 混气电解加工示意图 引导部 混合部 扩散部 工具 工件,一、混气电解加工原理,)改变了电解液的电阻特性，增加了电解液的电阻率，减少了杂散腐蚀，提高了电解液的非线性质量，因而提高了加工精度。 )改变了电解液的流动特性，降低了电解液的密度和粘度，使流速增大，流场趋于均匀。,二、气液混合比和气液混合器,.气液混合比 .气液混合器,.
15、气液混合比,()标准状态下的气液混合比 ()加工压力下的气液混合比,()标准状态下的气液混合比,(6-19) (6-20),()加工压力下的气液混合比,(6-21),.气液混合器,气液混合器是将压缩空气与电解液均匀混合的装置。气液混合器的结构和混合效果对电解加工的复制精度、表面质量、进给速度和加工稳定性影响较大，是混气电解加工的关键装置。,第五节 电解加工设备,图- 电解加工设备组成 直流电源 电流表 电压表 床身 工具 管道 溢流阀 泵 回流管 滤网 纱网 工件 电解液池,第五节 电解加工设备,一、机床本体 二、电解加工电源 三、电解液系统,一、机床本体,.对电解加工机床的基本要求 .机床的类型及设计要点,.对电解加工机床的基本要求,()机床刚性 ()进给速度的平稳性 ()防腐绝缘性 ()安全措施,()机床刚性,电解加工虽然没有直接的切削力，但电解液对机床主轴、工作台的作用力却是很大的，工件的加工面积越大，机床系统所受的力也越大。,()进给速度的平稳性,电解加工中，金属阳极溶解量与电解加工时间成正比，进给速度不稳定，阴极相对工件各个截面的电解
