电化学加工主题知识讲座公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

03GDD6 主编第1页第1页第六章电化学加工第一节电解加工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2页第2页第一节电解加工机理和基本规律一、电解加工特点及应用二、电解加工机理三、金属阳极溶解机理四、电解加工中基本规律第3页第3页一、电解加工特点及应用)能以简朴直线进给运动一次加工出复杂型面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简朴。)能够加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工金属材料，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。)加工后零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度能够达到.，尺寸精度对于内孔能够达到.、对于型腔能够达到.。)与其它加工办法相比，生产率较高。)加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。第4页第4页一、电解加工特点及应用)加工精度普通不如电火花加工和超声波加工高。)加工复杂型腔和型面时，工具制造费用较高，普通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，早期投资较大。)电解液处理和回收有一定难度，并且对设备有一定腐蚀作用，加工过程中产气愤体对环境有一定污染。第5页第5页二、电解加工机理图-电解加工示意图主轴工具工件直流电源第6页第6页二、电解加工机理图-电解加工成形原理第7页第7页三、金属阳极溶解机理.电极电位.电解加工时电极反应.电极极化和超电压第8页第8页.电极电位图-电解池中离子迁移及电位分布第9页第9页.电极电位图-双电层示意图第10页第10页.电解加工时电极反应普通情况下，工件材料不是纯金属，而是合金，其金相组织也不完全一致，电解液成份、温度、流速等原因对电解过程都有影响，使得电解加工中电极间反应极为复杂。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电极反应。第11页第11页.电极极化和超电压图-电极极化曲线阴极端阳极端第12页第12页.电极极化和超电压()浓度超电压()电阻超电压()化学超电压第13页第13页()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，离子生成速度不小于扩散速度，从而在电极附近造成离子堆积，出钞票属离子在阳极附近浓度提升，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。为了保持一定电化学电流和加工速度，必须增长一个外加电压。第14页第14页()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粘膜，这层粘膜由氧化物、氢氯化物或盐构成，也称为钝化膜，从而使金属表面失去了原有活泼性，造成金属溶解过程减慢，这就是通常所说阳极钝化现象。要克服钝化膜电阻，就需要额外增长电源电压。这个电压称之为电阻超电压。第15页第15页()化学超电压电化学反应处于平衡状态时，电解液一部分离子通过存在于电极表面和电解液面构成双电层时，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。第16页第16页四、电解加工中基本规律.电化学当量.加工速度.加工间隙第17页第17页金属阳极溶解时，金属溶解量与经过电量符合法拉第定律。法拉第定律以下：法拉第第一定律：在电极两相界面处，发生电化学反应物质量与经过电量成正比。法拉第第二定律：当相同电量经过不同电解质溶液时，在电极上析出或溶解物质量与其化学当量成正比。.电化学当量第18页第18页假如阳极只发生金属溶解而没有析出其它物质时，依据法拉第第一定律，金属溶解理论重量为.电化学当量(6-1)(6-2)第19页第19页.加工速度()体积加工速度()()深度加工速度()第20页第20页()体积加工速度()表示单位时间内清除工件材料体积量。由法拉第定律可知：电解加工时实际溶解金属重量(6-3)(6-4)(6-5)第21页第21页()深度加工速度()表示单位时间内在工件深度上清除量(简称加工速度)，工件被加工面积是，加工深度为，则体积清除量(6-6)第22页第22页.加工间隙()端面平衡间隙()法向平衡间隙()侧面间隙()平衡间隙理论应用()加工间隙基本要求()影响加工间隙其它原因第23页第23页()端面平衡间隙图-加工间隙改变过程进给速度阳极溶解速度起始间隙平衡间隙第24页第24页()端面平衡间隙(6-7)(6-8)(6-9)第25页第25页()端面平衡间隙(6-10)(6-11)第26页第26页()法向平衡间隙图-法向间隙和法向进给速度第27页第27页()侧面间隙图-阴极侧面不绝缘第28页第28页()侧面间隙(2-13)(2-14)(2-15)第29页第29页()侧面间隙(2-16)(2-17)(2-18)第30页第30页()侧面间隙图-阴极侧面绝缘第31页第31页()平衡间隙理论应用平衡间隙理论能够应用在电解液加工中，计算加工中端面、斜面、侧面电极间隙；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、电解液浓度和温度等等。第32页第32页()加工间隙基本要求第一，间隙要均匀，使得各处电解液流速、电场尽也许地相近，尤其是在精加工阶段，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，间隙改变要小，以确保加工精度相近性，缩小尺寸分散范围，提升工件重复精度。第33页第33页()影响加工间隙其它原因影响加工间隙原因除了阴极进给速度外，电解液成份、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34页第34页第二节电解液一、对电解液基本要求二、电解液特性三、电解液种类及选取四、电解液参数对加工过程影响五、电解液流速和流向第35页第35页一、对电解液基本要求)电导率要高，流动性要好，能够确保用较低加工电压取得较大加工电流，能在较低压力下得到较高流速，减少发热。)电解质在溶液中电离度和溶解度要大。)阳极电解产物应是不溶性化合物，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。第36页第36页二、电解液特性.杂散腐蚀.电流效率.加工速度非线性第37页第37页.杂散腐蚀杂散腐蚀是衡量电解液加工精度高下指标。在除了电解液以外其它条件都相同情况下，能严格地按照工具电极形状进行加工，成形精度高电解液，其杂散腐蚀小，反之则大。第38页第38页.电流效率图-电流效率曲线第39页第39页.加工速度非线性图-速度与电流密度曲线第40页第40页三、电解液种类及选取.电解液分类.添加剂及复合电解液第41页第41页.电解液分类()酸性溶液如、等无机酸水溶液能够用来作电解液。()碱性电解液这类电解液如、等，普通不直接用作加工金属电解液，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。第42页第42页单一电解液都有一定不足。因此，常在电解液中使用添加剂来改进电解液性能，或将两种以上添加剂按一定百分比混合制成复合电解液。.添加剂及复合电解液第43页第43页电解液参数有成份、浓度、温度、酸碱度、粘性等，它们对电解加工过程都有明显影响，其中最基本原因是浓度和温度。电解液电导率、电流效率和粘度等都与浓度、温度密切相关，因而电解加工生产率、加工精度和加工表面质量都与电解液浓度、温度有密切关系。四、电解液参数对加工过程影响第44页第44页四、电解液参数对加工过程影响第45页第45页五、电解液流速和流向图-电解液流向第46页第46页第三节电解加工参数和加工精度一、复制精度与加工参数关系二、重复精度与加工参数关系三、加工表面质量与加工参数关系第47页第47页复制精度高下主要由加工时所能达到平衡间隙所决定。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关系第48页第48页一、复制精度与加工参数关系图-电流效率与电流密度关系)钝化性电解液)非钝化性电解液第49页第49页二、重复精度与加工参数关系.电解液电导率.间隙电压对重复精度影响.进给速度对重复精度影响.间隙内电解液流速对重复精度影响第50页第50页.电解液电导率电解液电导率是电解液一个主要参数，当其它条件不变时，由平衡间隙公式第51页第51页.间隙电压对重复精度影响间隙电压在加工过程中稳定是否对重复精度将产生直接影响。加工电压和分解电压都影响间隙电压。当工件材料、电解液成份、浓度、温度、流速都保持相对稳定期，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相对稳定。第52页第52页.进给速度对重复精度影响工件重复精度还受工具电极进给速度影响。在加工过程中，进给速度要稳定，不因其它原因而改变；低速时不应产生爬行。详细来说，机床进给速度改变率应小于。第53页第53页.间隙内电解液流速对重复精度影响电解液在加工间隙内流速由电解液进口压力和出口背压决定，当流速稳定期，阳极极化程度和间隙内电阻分布就能够保持相对稳定，重复精度就高。第54页第54页三、加工表面质量与加工参数关系.加工参数对表面粗糙度影响.加工参数对表层物理化学性能影响第55页第55页.加工参数对表面粗糙度影响)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，因此能够取得较小表面粗糙度值。)在小间隙和高间隙电压条件下加工时，采用低浓度电解液，即使电流密度不高，也能够取得较小表面粗糙度值。)适当电解液流速和均匀流场设计可取得较小表面粗糙度值。)电解液温度应控制在适当范围。)选择与工件材料相适应电解液。第56页第56页.加工参数对表层物理化学性能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。这类缺点产生首先与工件材料及其金相组织相关。第57页第57页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第58页第58页一、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第59页第59页一、混气电解加工原理)改变了电解液电阻特性，增长了电解液电阻率，减少了杂散腐蚀，提升了电解液非线性质量，因而提升了加工精度。)改变了电解液流动特性，减少了电解液密度和粘度，使流速增大，流场趋于均匀。第60页第60页二、气液混合比和气液混合器.气液混合比.气液混合器第61页第61页.气液混合比()原则状态下气液混合比()加工压力下气液混合比第62页第62页()原则状态下气液混合比(6-19)(6-20)第63页第63页()加工压力下气液混合比(6-21)第64页第64页.气液混合器气液混合器是将压缩空气与电解液均匀混合装置。气液混合器结构和混合效果对电解加工复制精度、表面质量、进给速度和加工稳定性影响较大，是混气电解加工关键装置。第65页第65页第五节电解加工设备图-电解加工设备构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66页第66页第五节电解加工设备一、机床本体二、电解加工电源三、电解液系统第67页第67页一、机床本体.对电解加工机床基本要求.机床类型及设计要点第68页第68页.对电解加工机床基本要求()机床刚性()进给速度平稳性()防腐绝缘性()安全办法第69页第69页()机床刚性电解加工即使没有直接切削力，但电解液对机床主轴、工作台作用力却是很大，工件加工面积越大，机床系统所受力也越大。第70页第70页()进给速度平稳性电解加工中，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电解时间就不同，这么就直接影响到加工精度。第71页第71页()防腐绝缘性所有电解液都有腐蚀性。电解加工机床被腐蚀主要来自二个方面：一是与电解液接触部分直接被腐蚀；二是电解加工过程中产生雾气对机床侵蚀。因此，机床应含有良好耐蚀性。另外，也必须采用相应防腐办法。如严格密封好电解液系统，预防其飞溅或渗漏，以保护机床，减轻腐蚀。第72页第72页()安全办法电解加工过程要产生大量氢气。氢气易燃易爆，如不能及时排除，就也许因火花短路等引起爆炸。必须取相应排氢防爆办法。第73页第73页.机床类型