现代制造技术讲解

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1、现代制造技术课程讨论专题报告专题名称： 电解加工和电解磨削专业年级：班 级：专题成员：指导老师：文天学院机械工程系2015年11月前言电解加工目录11、电解加工的加工原理12、电解加工的特点13、电解加工的基本工艺规律14、电解加工的应用15、电解加工的现状和展望二、电解磨削21、电解磨削的加工原理2.2、电解磨削特点2.3、电解磨削加工工艺2.4、电解磨削的应用2.5电解磨削的前景前言随着高精度复杂零件的不断出现，传统的加工方法越来越难满足工程上的需要。从 而特种加工方法产生了。电解加工作为先进制造技术中的一支重要方面军，在制造业中发挥着重要的作用。 它对难加工的材料可以以柔克刚，对形状复杂

2、的零件可以一次成型，并以表面质量好、 生产率高、无工具损耗、无切削应力等优点。我国最早研究并成功应用电解加工技术是 原兵器工业部西安昆仑机械厂的深孔和膛线加工。随着21世纪信息、生物、微纳技术的发展及其对制造技术不断增长的需求，微细 加工将成为制造相应装备的重要手段，电解加工进行材料去除是以离子溶解的形式进行 的，这种去除方式使得电解加工具有微细加工的可能。目前国内外制造业均十分关注微 细电化学加工的发展，将电解加工高速去除金属的理念用到传统电化学过程中，是促进 该项技术进步的有效途径，微细电化学加工就不仅仅指静态条件下的掩膜电化学刻蚀 了。电解加工既具有高速加工大而复杂零件的能力，电化学离子

3、级的蚀除机理又使之具 有微细加工的潜质，向精密、微细加工进军也是电解加工的发展方向。电解加工高速去 除金属的实践对电化学的发展有深远影响，任重而道远。电解磨削是电解作用与机械磨削相结合的一种特种加工，又称电化学磨削，英文简 称ECG。电解磨削是20世纪50年代初美国人研究发明的。原理是工件作为阳极与直流 电源的正极相连；导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。电解磨削适合于磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料，如 硬质合金、高速钢、钛合金、不锈钢、镍基合金和磁钢等。用电解磨削可磨削各种硬质 合金刀具、塞规、轧辊、耐磨衬套、模具平面和不锈钢注射针头等。电解磨削的效率一 般高于机械

4、磨削，磨轮损耗较低，加工表面不产生磨削烧伤、裂纹、残余应力、加工变 质层和毛刺等，表面粗糙度一般为R 0.630.16微米，最高可达R 0.040.02微米。 采用适应控制技术，可进一步提高电解磨削的加工稳定性和自动化程度。同时，为了提 高加工精度，采用兼有纯机械磨削能力的导电磨轮，粗加工时靠电解磨削的高效率完成 大部分加工量，然后切断电解电源，靠纯机械磨削磨掉精加工余量，这样能显着提高加 工精度。电解磨削方式已从平面磨削扩大到内圆磨削、外圆磨削和成形磨削。电解加工 的原理也可与珩磨和超精加工结合起来，成为电解珩磨和电解超精加工。、电解加工1.1、电解加工的加工原理电解加工（electroch

5、emical machining, ECM）是利用金属在电解液中发生阳极溶解反 应而去除工件上多余的材料、将零件加工成形的一种方法。加工时，工件接电源正极（阳极），按一定形状要求制成的工具接负极（阴极），工具电 极向工件缓慢进给，并使两极之间保持较小的间隙（通常为0. 020. 7mm），利用电解液泵 在间隙中间通以高速（550m/s ）流动的电解液。在工件与工具之间施加一定电压，阳极工件的金属被逐渐电解蚀除，电解产物被电 解液带走、直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。加工开始时，工件阳极与工具阴极的形状不同，工件表面上的各点至工具表面的距 离不等，因而各点的电流密度不等。阳极与阴极

6、距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也较高，阳极溶解 的速度也就较快，而距离较远的地方，电流密度就小，阳极溶解就慢。由于工具相对工 件不断进给，工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解，电解产物不断被电解液冲 走，直至工件表面形成与工具表面基本相以的形状为止。1一直流电源2一工具阴极3一工件阳极4一电解液泵5 一电解液1.2、电解加工的特点 1.2.1、电解加工的优点（1）加工范围广不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高性韧等难切削 的金属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈刚、耐热合金，可加工叶片、花健空、 炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面，以及薄壁、异形

7、零件等。（2）进给速度简单能筒单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔，进给速度可快达0. 315mm/mi n。（3）表面质量好加工中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬 化、毛刺、飞边、刀痕等，可以达到较低的表面粗糙度（Ra1. 250. 2pm）和10.1mm左右 的平均加工精度，电解微细加工铜材的精度可达士 1070pm。适合于加工易变形或薄要 零件。（4）加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。因为工具阴极材料本身不参与电极反应，其表面仅产生析氢反应，同时工具材料又 是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等，所以除产生火花短路等特殊情况外，工具阴极基本 上没

8、有损耗。（5）加工生产率高约为电火花加工的5 10倍以上，在某些情况下比切削加工的生产率还高。且加工生 产率不直接受加工质量的限制，故一般适宜于大批量零件的加工。1.2.2、电解加工的缺点（1）电解加工影响因素多，技术难度高，不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。（2）工具电极的设计、制造和修正较麻频，因而很难适用于单件生产。（3）电解加工设备投资较高，占地面积较大。（4）电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。1.3、电解加工的基本工艺规律1.3.1、生产率及其影响因素（1）电化学当量对生产率空影响电化学当量越大,生产率愈高。（2）电流密度对生产率的影响电流密度越高，生产率越

9、高，但在增加电流密度的同时，电压也随着增高，因此应以 不击穿加工间隙、引起火花放电、造成局部短路为度。（3）加工间隙对生产率的影响加工间隙越小，电解液的电阻整小，电流密度越大，蚀除速度也就越高。但间隙太小 会引起火花放电或间隙通道内电解液流动受阻、蚀除物排除不畅，以至产生局部短路，反 而使生产率下降，因此间隙较小时应加大电解液的流速和压力。此外电源电压、电解液 种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。1.3.2、加工精度及其影响因素不仅与加工间隙有关，还与机床、工艺装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多因 素有关。提高加工精度的主要措施：（1）脉冲电流电解加工一消除加工间隙内电解液电

10、导率的不均匀化。（2）小间隙电解加工一蚀除速度与加工间隙成反比关系。加工间隙小，突出部分的 去除速度将大大空于低凹处，提局了整平效果，加工间隙越小，越能提局加工精度。（3）改进电解液一钝化型电解液、复合电钠夜、低质量分数的电解液。（4）混气电解加工一将一定压力的气体（主要是压缩空气）用混气装置使它与电解 液混合在一起，使电解液成分包含无数气泡的气液混合物，然后送入加工区进行电解加 工。1.3.3、表面质量及其影响因素（1）工件材料的合金成分、金相组织和热处理状态。（2）工艺参数：电流密度、电解液的流速大小和温度高低。（3）工具阴极的表面质量。（4）工件表面必须除油去锈。（5）电解液必须经过滤沉

11、定，不含固体颗粒杂质。1.3.4、电解液电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液、碱性溶液三大类。中性盐溶液的腐蚀性小，使用时较安全，故应用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3 和NaClO3三种电解液。（1）NaCl电解液一蚀除速度高，但杂散腐蚀也严重，故复制精度较差。浓度为20% 以内，一般为14%18%，电解液温度为2535 C。NaNO3电解液一钝化型电解液。（2）NaNO3电解液在浓度为30以下时，有较好的非线行性能，成形精度高，而且 对机床腐蚀性小，价格也不局，主要缺点是电流效率低，生产率也低，另外加工时阴极有按 期析出，所以NaNO3会被消整。（3）NaClO3电解液一散蚀能力小，加工

12、精度高；具有很高的溶解度；导电能力强， 可达到与NaCl相近的生产率；腐蚀作用小。缺点价格较贵，强氧化剂，使用时注意空全 防火。1.3.5、电解加工的基本设备(1) 直流电源一为提高电解加工精度，生产中采用脉冲电源加工。(2) 机床一要求：足够的刚性；进给速度的稳定性；防腐绝缘；安全措施。(3) 电解液系统一主要由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀组成。1.4、电解加工的应用目前，电解加工主要用于批量生产条件下难切削材料和复杂型面、型腔、薄壁零件 以及异型孔的加工；还可应用于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面；已经成为 机械加工中一种必不可少的补充手段。随着对电解加工研究的深人，电解加工的局

13、展性 落会逐渐缩小，应用范围也将愈来愈大。具体的应用实例包括以下几个方面：(1) 枪、炮管序表线加工传统的枪管膛线制造工艺为挤线法。该法生产率高，但挤线冲头制造困难生产周期 长；大口径枪管和炮管膛线，多在专门的拉线机床上制成，生产率低，加工质量差,表面 粗糙度更难以达到要求。20世纪50年代中期，苏联、美国和我国相继开始了膛线电解 加工工艺的试验研究，并于20世纪50年代末正式应用于小口径炮管膛线生产，随后又 进一步用于大口径长炮管膛线加工。炮管膛线电解加工具有加工表面无缺陷，矩形膛线 圆角很小等优点，可提高产品的使用寿命和可靠性。目前，膛线电解加工工艺己定型，成 为枪、炮制造中的重要工艺方法

14、。(2) 型孔及小孔的加工四方、六方、椭圆、半圆、花瓣等形状的通孔和不通孔，若采用机械切削方法加工， 往往需要使用一些复杂的刀具、夹具来进行插削、拉削或挤压，且加工精度和表面粗 糙度仍不易保证。采用电解加工，则能够显著提高加工质量和生产率。(3) 模具型腔加工随着模具结构日益复杂，材料性能不断提高，各种难加工的材料模具,如预淬硬钢、 不锈钢、高镍合金钢、粉末合金、硬质合金、超塑合金等所占的比重日趋增大。多数锻 模为型腔模。(4) 叶片型面加工这类加工效率高，生产周期短；加工质量好；但设备、阴极均较复杂，须采用三头 或斜向进给机床、复合双动阴极。国外自动生产线上已采用此方案，国内开始试制。(5)

15、 整体叶轮加工通常整体叶轮多为不锈钢、钛合金或高温耐热合金等难切削材料；再加之其为整体 结构且叶片型面复杂，使得其制造非常困难。(6) 电解去毛刺电解去毛刺的加工间隙较大，加工时间又很短，因而工具阴极不需要相对工件进给 运动，即可采用固定阴极加工方式，机床不需要工作进给系统及相应的控制系统。（7）数控展成电解加工数控展成电解加工工具阴极形状简单（棒状、球状及条状），设计制造方便，且适用 范围广，大大缩短了生产准备周期，因而可适应多品种、小批量生产趋势，弥补电解加 工在小量、单件加工时经济性差的缺点。（8）微精电解加工目前微精电解加工还处于研究和试验阶段，其应用还局限于一些特殊的场合，如电 子工业中微小零件的电化学蚀刻加工（美国IBM公司）、微米级浅槽加工（荷兰飞利浦公 司）、微型轴电解抛光（日本东京大学）已取得了很好的加工效果，精度已可达微米级。1.5、电解加工的现状和展望1.5.1、电解加工的现状在经历大约20年的低潮后，从20世纪90年代后期起，电解加工又重新焕发