电解加工.ppt
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1、 电解加工1概 述2 电化学加工电化学加工(Electrochemical Machining(Electrochemical Machining,ECM)ECM)是特种加工的一是特种加工的一个重要分支,目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺,被广泛应个重要分支,目前已成为一种较为成熟的特种加工工艺,被广泛应用于众多领域。用于众多领域。根据加工原理,电化学加工可分为以下三大类:根据加工原理,电化学加工可分为以下三大类:(1)(1)利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料(电解加工)。利用电化学阳极溶解的原理去除工件材料(电解加工)。(2)(2)利用电化学阴极沉积的原理进行镀覆加工。利用电化学阴极沉积
2、的原理进行镀覆加工。(3)(3)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。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。3电化学加工的分类电化学加工基本原理4 电化学反应过程电化学反应过程n将两铜片插入将两铜片插入CuCl2CuCl2中,溶液中含有中,溶液中含有OHOH和和ClCl负离子及负离子及H H和和Cu2+Cu2+正离子正离子,当两铜片分别连接直流电源的正、负极时,即形成导电通路。,当两铜片分别连接直流电源的正、负极时,即形成导电通路。n在外电场在外电场的作用下,金属导体及溶液中的的作用下,金属导体及溶液中的自由电子定向运动自由电子定向运动,铜片,铜片电极和溶液的界面上
3、将发生得失电子的电化学反应。电极和溶液的界面上将发生得失电子的电化学反应。n溶液中的溶液中的Cu2+Cu2+正离子向阴极移动,在阴极表面得到电子而发生还原正离子向阴极移动,在阴极表面得到电子而发生还原反应,反应,沉积出铜沉积出铜。n阳极表面,阳极表面,CuCu原子失去电子发生氧化反应,成为原子失去电子发生氧化反应,成为Cu2+Cu2+正离子进入溶正离子进入溶液。液。5 电化学反应过程图 在在阴、阳极表面发生得失电子的阴、阳极表面发生得失电子的化学反应化学反应即称为电化学反应,利即称为电化学反应,利用这种电化学反应作用加工金属用这种电化学反应作用加工金属的方法就是电化学加工。的方法就是电化学加工
4、。其中,阳极上为电化学溶解,阴其中,阳极上为电化学溶解,阴极上为电化学沉积。极上为电化学沉积。电化学加工基本原理电解加工6n电解加工是利用金属在电解液中产生电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解阳极溶解的电化学原理的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。对工件进行成形加工的一种方法。n电解加工是特种加工技术中应用最广泛的技术电解加工是特种加工技术中应用最广泛的技术之一,之一,尤其适合于难加工材料、形状复杂或薄尤其适合于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工壁零件的加工。电解加工基本原理电解加工基本原理n 基本原理:金属在电解液中的基本原理:金属在电解液中的“电化学阳极溶解电化学阳极溶解”。n
5、 在工件在工件(阳极阳极)与工具与工具(阴极阴极)之间接上直流电源(如图),使工之间接上直流电源(如图),使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.1(0.10.8 mm)0.8 mm),间隙中,间隙中通过高速流动的电解液。这时,工件阳极开始溶解。通过高速流动的电解液。这时,工件阳极开始溶解。n 开始时,两极之间的间隙大小不等,间隙小处电流密度大,阳开始时,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。极金属去除速度快;而间隙大处电流密度小,去除速度慢。电解加工n随着随着工件表面工件表面金属材料的不断溶
6、解金属材料的不断溶解,工具阴极不断地向工件进给工具阴极不断地向工件进给,溶解的溶解的电解产物不断地被电解液冲走电解产物不断地被电解液冲走,工件表面也就逐渐被加工,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。件上。电解加工电解加工过程及其特点91.1.电解加工的特点电解加工的特点(1)(1)加工加工范围范围广(不受金属材料硬度和强度限制)。广(不受金属材料硬度和强度限制)。(2)(2)生产率高生产率高,约为电火花的,约为电火花的5-105-10倍,有时比切削高。倍,有时比切削高。(3)(3)加工加工质
7、量好,无切削力和切削热,表面无残余应力。质量好,无切削力和切削热,表面无残余应力。(4)(4)可用于加工薄壁和易变形零件。可用于加工薄壁和易变形零件。(5)(5)工具工具阴极无损耗阴极无损耗。10电解加工的问题电解加工的问题n 电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制,电解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尺寸精度一般只能达到0.150.150.30 mm0.30 mm。n 附属设备多,造价贵,占地面积大。附属设备多,造价贵,占地面积大。n 电解液腐蚀机床,电解液的处理也较困难,污染环境。电解液腐蚀机床,电解液的处理也较困难,污染环境。电解加工过程及其特
8、点11电解加工机理电解加工机理 电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。理将工件加工成形的一种特种加工方法。电解加工中的电极反应电解加工中的电极反应 标准电极电位的高低决定在一定条件下对应金属离子参与标准电极电位的高低决定在一定条件下对应金属离子参与电极反应的顺序。电极反应的顺序。电解加工过程及其特点12电解加工的基本规律电解加工工艺需考虑电解加工工艺需考虑生产率、加工精度和表面质量生产率、加工精度和表面质量三个方面。三个方面。(1 1)生产率)生产率电解加工的生产率以单位时间去除的金属体积或质量衡
9、量。电解加工的生产率以单位时间去除的金属体积或质量衡量。金属阳极溶解时,其溶解量与通过的电量符合金属阳极溶解时,其溶解量与通过的电量符合法拉第定律法拉第定律。法拉第定律:法拉第定律:V=nwIt V=nwIt (体积体积=电流效率电流效率x x电化学当量电化学当量x x电流电流x x电解时间电解时间)13电解加工的基本规律(2 2)加工精度)加工精度n 脉冲电流电解加工可明显提高加工精度;脉冲电流电解加工可明显提高加工精度;n 混气电解加工可提高加工精度,简化工具阴极的设计与制造;混气电解加工可提高加工精度,简化工具阴极的设计与制造;n 采用小间隙加工,对提高加工精度和生产率都有利。间隙过小采
10、用小间隙加工,对提高加工精度和生产率都有利。间隙过小引起火花放电;引起火花放电;n 采用低浓度电解液,表面质量和加工精度都提高,但效率低;采用低浓度电解液,表面质量和加工精度都提高,但效率低;n 采用复合电解液,可保持高效率,又能提高加工精度。采用复合电解液,可保持高效率,又能提高加工精度。14电解加工的基本规律(3 3)表面质量)表面质量n 工具阴极粗糙,其表面条纹和刻痕等都会工具阴极粗糙,其表面条纹和刻痕等都会“复印复印”在工件表面;在工件表面;n 电流密度低,阳极溶解均匀;电解液流速过低,电解产物排除不及电流密度低,阳极溶解均匀;电解液流速过低,电解产物排除不及时造成表面缺陷;过高,电流
11、场可能不均匀,形成局部真空影响表面时造成表面缺陷;过高,电流场可能不均匀,形成局部真空影响表面质量;电解液温度过低,阳极溶解不均匀或形成黑膜;过高,则阳极质量;电解液温度过低,阳极溶解不均匀或形成黑膜;过高,则阳极表面局部剥落。表面局部剥落。n 工件材料合金成分多,引起溶解速度不均匀,影响表面粗糙度。工件材料合金成分多,引起溶解速度不均匀,影响表面粗糙度。电解加工的基本规律151.1.电解加工生产率电解加工生产率金属阳极溶解时,其溶解量与通过的电量符合金属阳极溶解时,其溶解量与通过的电量符合法拉第定律法拉第定律。2.2.电流效率电流效率法拉第定律可用于根据电量计算任何被溶解物质的数量,理论上不
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