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时间:2019-07-07
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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)可以加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工的金属材
2、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,加工表面粗糙度可以达到Ra0.2~1.6μm,尺寸精度对于内孔可以达到±0.03~0.05mm、对于型腔可以达到±0.5~0.20mm。5)与其他加工方法相比,生产率较高。6)加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。一、电解加工的特点及应用1)加工精度一般不如电火花加工和超声波加工高。2)加工复杂型腔和型面时,工具的制造费用较高,一般不适合于单
3、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一定的污染。二、电解加工的机理图6-1 电解加工示意图1—主轴 2—工具 3—工件 4—直流电源二、电解加工的机理图6-2 电解加工成形原理三、金属阳极溶解机理1.电极电位2.电解加工时的电极反应3.电极的极化和超电压1.电极电位图6-3 电解池中离子的迁移及电位分布1.电极电位图6-4 双电层示意图2.电解加工时的电极反应一般情况下,工件材料
4、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。3.电极的极化和超电压图6-5 电极极化曲线1—阴极端 2—阳极端3.电极的极化和超电压(1)浓度超电压(2)电阻超电压(3)化学超电压(1)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
5、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。(2)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。(3)化学超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
6、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1.电化学当量2.加工速度3.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。1.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
7、论重量为1.电化学当量(6-1)(6-2)2.加工速度(1)体积加工速度vv(mm3/min)(2)深度加工速度vl(mm/min)(1)体积加工速度vv(mm3/min)vv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)(2)深度加工速度vl(mm/min)vl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A,加工深度为h,则体积去除量(6-6)3.加工间隙(1)端面平衡间隙(2)法向平衡间隙(3)侧面间隙(4)
8、平衡间隙理论的应用(5)加工间隙的基本要求(6)影响加工间隙的其他因素(1)端面平衡间隙图6-6 加工间隙变化过程v—进给速度 —阳极溶解速度—起始间隙 —平衡间隙(1)端面平衡间隙(6-7)(6-8)(6-9)(1)端面平衡间隙(6-10)(6-11)(2)法向平衡间隙图6-7 法向间隙和法向进给速度(3)侧面间隙图6-8 阴极侧面不绝缘(3)侧面间隙(2-13)(2-14)(2-15)(3)侧面间隙(2-16)(2-17)(2-18)(3)侧面
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