第四章 电化学加工ppt课件.ppt

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1、第四章电化学加工山东大学机械工程学院张建华电化学加工（Electro-chemicalMachining,简称ECM）是利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料进行成形加工，已经广泛应用于涡轮、齿轮、异型孔等复杂型面、型孔的加工以及炮管内膛线加工和去毛刺等工艺过程。电解加工设备部分电解加工零件电解加工整体叶轮电解加工炮膛线电化学加工按加工原理可以分为三大类：1.利用阳极金属的溶解作用去除材料。主要有电解加工、电解抛光、电解倒棱、电解去毛刺等，用于内外表面形状、尺寸以及去毛刺等加工，例如型腔和异型孔

2、加工、模具以及三维锻模制造、涡轮发动机叶片、齿轮等零件的去毛刺等等。2.利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工。主要有电铸、电镀、电刷镀，用于表面加工、装饰、尺寸修复、磨具制造、精密图案及印刷板复制等加工。例如复制印刷板、修复有缺陷或已磨损的零件、镀装饰层和保护层等等。3.电化学加工与其它加工方法结合完成的电化学复合加工。主要有电解磨削、电解-电火花复合加工、电化学阳极机械加工等，用于形状、尺寸加工、表面光整加工、镜面加工、高速切割等加工。例如挤压拉丝模加工、硬质合金刀具磨削、硬质合金轧辊磨削、下料等等。

3、电化学加工的主要特点：1.适应范围广。凡是能够导电的材料都可以加工，并且不受材料机械性能的限制。2.加工质量高。因为在加工过程中没有机械切削力的存在，工件表面无残余应力、无变质层，也没有毛刺及棱角。3.加工过程不分阶段。可以同时进行大面积加工，生产效率高。4.电化学加工对环境有一定程度的污染。第一节电解加工的机理和基本规律一、电解加工的机理电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成型加工。以工件为阳极、工具为阴极、两极之间加6-24v的直流电压，电解液以5-60m/s的速度从两极之

4、间的缝隙（约0.1-1mm）冲过，两极之间形成导电通路，两极和电解液之间就有电流通过。金属工件表面在电化学反应的作用下，不断地溶解到电解液中，电解产生物则被高速流动的电解液带走。随着工具电极向工件进给、工件材料按工具电极型面的形状不断地溶解。最终使工件与工具电极之间各处的间隙趋于一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。电解加工示意图1-主轴2-工具3-工件4-直流电源电解加工成型原理二、电解加工的特点1.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；2.可以加工

5、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；3.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；4.加工后的零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度Ra可以达到0.2～1.6µm，尺寸精度：内孔可以达到±0.03～0.05mm、型腔可以达到±0.5～0.20mm；5.与其它加工方法相比，生产率较高；6.加工过程中工具电极（阴极）基本不损耗。电解加工也存在如下的局限性：1.加工精度一般不如电火花加工和超声波加工高；2.加工复杂型腔和

6、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；3.电解加工设备占地面积大、附属设备多、初期投资较大；4.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污染。三、金属阳极溶解机理一般情况下，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。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。由于NaCI和H2O的离解，在电解液中存在着H＋、OH－、

7、Na＋、CI－四种离子，通常将发生如下反应：在阳极上发生铁的溶解，Fe一般以Fe＋＋的形式进入电解液，即:Fe-2e→Fe＋＋溶于电解液中的Fe＋＋和OH－化合、生成Fe(OH)2，由于它在水溶液中的溶解度很小，故产生沉淀。Fe＋＋＋2OH－→Fe(OH)2Fe(OH)2沉淀为墨绿色的絮状物，被流动的电解液带走。Fe(OH)2又和电解液中及空气中的氧气发生化学反应生成Fe(OH)3.4Fe(OH)2＋2H2O＋O2→4Fe(OH)3Fe(OH)3呈红棕色，所以在电解过程中，电解溶液起初为墨绿色，以

8、后逐渐变为红棕色。同时，在阳极还有可能（概率极小）发生如下反应：Fe-3e→Fe＋＋＋CI－-2e→CI2↑4OH－-2e→O2↑+2H2O在阴极上主要的反应是氢气的析出，由于阴极上积存大量的多余电子，使电解液中带正电的氢离子被吸引到阴极表面，并从阴极上得到电子形成氢气析出。2H＋＋2e→H2↑综上所述，在电解加工过程中，阳极的铁不断地以Fe＋＋的形式被溶解，最后生成Fe(OH)3沉淀，在阴极上则不断地产生氢气。电解液中的水在形成Fe(OH)3和H2的过