特种加工电化学加工

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1、第六章电化学加工一、电化学加工的原理与特点1.电化学加工的原理当两个铜片接上直流电形成导电回路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图1)中,阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，(常用以提炼纯铜)

2、的方法即电化学加工。图1电化学反应CuCu当用10％～20％氯化钠作电解液，以铜为工具加工碳钢时，电化学反应式如下：2H++2e→H2↑Fe-2e→Fe++Fe+++2[OH]-→Fe(OH)2↓③阴极反应:NaClNa++Cl-H2OH++[OH]-①水溶液中:②阳极反应:电解池中电位分布电位分布原因Na+H+Cl-OH-FeFeH2Fe(OH)32.电化学加工的分类电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，

3、主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化学加工的类别如表1所示。本节主要介绍电解加工、电铸成型、电解磨削，其它的电化学加工请参考相关资料。表1电化学加工分类3.电化学加工的适用范围电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的不同而不同。电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，齿轮、液压

4、件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。第一节电解加工的机理和基本规律一．电解加工的原理及特点1基本原理电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成型的。如图所示，在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.1～0.8mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时工件阳极开始溶解。开始时两极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解

5、的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。电解加工原理图2)电解加工的特点(1)能加工各种硬度和强度的材料。只要是金属，不管其硬度和强度多大，都可加工。(2)生产率高，约为电火花加工的5～10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)表面质量好，电解加工不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常情况下，表面粗糙度Ra可达0.2～1.25μm。(4)阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。电解

6、加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到0.15～0.30mm。此外，电解液对设备有腐蚀作用，电解液的处理也较困难。第二节电解加工设备电解加工的基本设备包括直流电源、机床及电解液系统三大部分。直流电源电解加工常用的直流电源为硅整流电源和晶闸管整流电源，其主要特点及应用见表2。表2直流电源的特点及应用2)机床电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。电解加工过程中虽没有机械切削力，但电解液对机床主轴和工作台的作用力是很大的，因此要求机床要有足够的刚性；要保证进给系统的

7、稳定性，如果进给速度不稳定，阴极相对工件的各个截面的电解时间就不同，影响加工精度；电解加工机床经常与具有腐蚀性的工作液接触，因此机床要有好的防腐措施和安全措施。3)电解液系统在电解加工过程中，电解液不仅作为导电介质传递电流，而且在电场的作用下进行化学反应，使阳极溶解能顺利而有效地进行，这一点与电火花加工的工作液的作用是不同的。同时电解液也担负着及时把加工间隙内产生的电解产物和热量带走的任务，起到更新和冷却的作用。电解液可分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类。其中中性盐溶液的腐蚀性较小，使用时较为安全，故应用最广。常用的电

8、解液有NaCl、NaNO3、NaClO3三种。NaCl电解液价廉易得，对大多数金属而言，其电流效率均很高，加工过程中损耗小并可在低浓度下使用，应用很广。其缺点是电解能力强，散腐蚀能力强，使得离阴极工具较远的工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床设