电化学加工方法课件.pptx
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- 电化学 加工 方法 课件
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1、电化学加工方法内容第一节 电化学加工原理及分类第二节 电解加工第三节 电解磨削第四节 电铸、涂镀及复合镀加工第一节第一节 电化学加工包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆、电铸加工两大类1. 1. 原理原理利用金属在电解液中产生阳利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法;行成形加工的一种方法;2、电解质溶液 电解质:溶于水能导电的介质 电解液:电解质溶于水形成的溶液3、电极电位 金属和盐溶液之间的电位差 外加电源作用后: 电子向阳极移动并被抽走,加速阳极金属正离子溶入电解液而腐蚀 电解液中正离子向阴极移动,外电源供给
2、电子加速阴极反应4、电极极化 极化: 有电流通过时,电极电位平衡状态被破坏,阳极的电极电位向正移、阴极的电极电位向负移 极化后产生超电位5、金属钝化和活化 钝化: 金属阳极溶解过程超电位升高,电解速度减慢,直至形成稳定状态不溶解 钝化形成钝化膜 活化: 破坏金属钝化膜 方法: 加入还原性气体或活性离子 机械方法破坏钝化膜6.电化学分类第二节电解加工第二节电解加工 1、过程 电解加工(电解加工(electrochemical machiningelectrochemical machining,ECMECM)是利用金)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、属在电解液中发生阳
3、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。将零件加工成形的一种方法。 一、电解加工的过程及其特点一、电解加工的过程及其特点1-1-直流电源直流电源 2-2-工具阴极工具阴极 3-3-工件阳极工件阳极4-4-电解液泵电解液泵 5-5-电解液电解液加工时,工件接电源正极(阳极),按一定形状要加工时,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(通常缓慢进给,并使两极之间保持较小的间隙(通常为为0.020.020.7mm0.7mm),利用电解液泵在间隙中间通以),利用电解
4、液泵在间隙中间通以高速(高速(5 550m/s50m/s)流动的电解液。)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。工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。 图中的细竖线表示通过阳极(工件)和阴极(工具)间的电图中的细竖线表示通过阳极(工件)和阴极(工具)间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小 加工开始时,工件阳极与工具阴极的形状不同,工件表面上加工开始时,工件阳极与工
5、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。的各点至工具表面的距离不等,因而各点的电流密度不等。 阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大,电解液的阳极与阴极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,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,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
6、基本相似的断被电解液冲走,直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。形状为止。()() 加工范围广加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,可不受材料本身强度、硬度和韧性的限制,可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料,如淬火钢、钛合金、硬质合金、不属材料,如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈钢、耐热合金,锈钢、耐热合金, 可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各可加工叶片、花键孔、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面,以及薄壁、异形零件等种复杂的三维型面,以及薄壁、异形零件等2 2、电解加工的特点、电解加工的特点 ()能以简单的进给运动一次加工出
7、形状复杂的型()能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔,进给速度可快达面和型腔,进给速度可快达0.30.315mm/min15mm/min。 ()表面质量好()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边、刀痕等,可以达到较低的表面粗糙度(Ra1.25Ra1.250.2m0.2m)和)和0.1mm0.1mm左右的平均加工精左右的平均加工精度。电解微细加工钢材的精度可达度。电解微细加工钢材的精度可达101070m7
8、0m。 适合于加工易变形或薄壁零件。适合于加工易变形或薄壁零件。 ()加工过程中工具电极理论上无损耗,可()加工过程中工具电极理论上无损耗,可长期使用。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,工具阴极基本上没有损耗。外,工具阴极基本上没有损耗。 ()加工生产率高()加工生产率高 约为电火花加工的约为电火花加工的5 51010倍以上,在某些情况下比切倍以上,在
9、某些情况下比切削加工的生产率还高。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。宜于大批量零件的加工。电解加工缺点: 电解加工影响因素多,技术难度高,不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。易实现稳定加工和保证较高的加工精度。 工具电极的设计、制造和修正较麻烦,工具电极的设计、制造和修正较麻烦,因而很难适用于单件生产。因而很难适用于单件生产。 电解加工设备投资较高,占地面积较大。电解加工设备投资较高,占地面积较大。 电解液对设备、工装有腐蚀作用,电解电解液对设备、工装有腐蚀作用
10、,电解产物的处理和回收困难。产物的处理和回收困难。二、电解加工时的电极反应(一)钢在(一)钢在NaClNaCl水溶液中电解加水溶液中电解加工的电极反应工的电极反应 阳极反应阳极反应 FeFe2e Fe2e Fe+2+2 FeFe3e Fe3e Fe+3+3 4OH4OH- -4e O4e O2 2+2H+2H2 2O O 2CL2CL- -2e CL2e CL2 2 Fe Fe+2+2+2OH+2OH- - Fe Fe(OHOH)2 2 (墨绿色的絮状物(墨绿色的絮状物 ) 4Fe4Fe(OHOH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2 4Fe 4Fe(OHOH)3 3(黄褐色沉淀)(黄褐
11、色沉淀) 阴极反应阴极反应 按可能性为按可能性为 2H2H+ +2e H+2e H2 2 NaNa+ +e Na +e Na 按照电极反应的基本原理,电极电位最正的粒子将首按照电极反应的基本原理,电极电位最正的粒子将首先在阴极反应。因此,在阴极上只会析出氢气,而不先在阴极反应。因此,在阴极上只会析出氢气,而不可能沉淀出钠。可能沉淀出钠。 电解加工过程中,由于水的分解消耗,电解液的浓度电解加工过程中,由于水的分解消耗,电解液的浓度逐渐变大,而电解液中的逐渐变大,而电解液中的ClCl- -和和NaNa+ +仅起导电作用,本身仅起导电作用,本身并不消耗,因此对于并不消耗,因此对于NaClNaCl电解
12、液,只要过滤干净,适电解液,只要过滤干净,适当添加水分,就可长期使用。当添加水分,就可长期使用。 工具也可长期使用。工具也可长期使用。 三、电解液 作用: 导电介质 在电场作用下发生电化学反应 冲走电解产物、带走热量 (一)对电解液要求 1、足够的蚀除速度 2、较高的加工精度和表面质量 3、阳极反应最终产物为不溶性化合物 4、绿色环保(二)常用电解液 电解液可分:电解液可分: 中性盐溶液中性盐溶液 腐蚀性小,使用时较安全,应用最普遍腐蚀性小,使用时较安全,应用最普遍 最常用的有最常用的有 NaClNaCl:使用广泛、加工便宜、货源充足、复制精度差:使用广泛、加工便宜、货源充足、复制精度差 Na
13、NONaNO3 3:钝化型电解液,成形精度高、腐蚀性小、安全、价格便宜、:钝化型电解液,成形精度高、腐蚀性小、安全、价格便宜、电流效率低、生产效率低,有消耗电流效率低、生产效率低,有消耗 NaClONaClO3 3:加工精度高、生产效率高、价格昂贵、强氧化剂:加工精度高、生产效率高、价格昂贵、强氧化剂 酸性溶液酸性溶液 碱性溶液碱性溶液 电解液添加剂: 络和物、光亮剂:改善表面质量 NaF:改善表面粗糙度 缓蚀添加剂:降低腐蚀性(三)电解液参数对加工过程影响(四)电解液的流速及流向 流速、流向(五)电解液出水口布局四、电解加工的基本工艺规律四、电解加工的基本工艺规律( (一一) )生产率及其影
14、响因素生产率及其影响因素 ()电化学当量对生产率的影响()电化学当量对生产率的影响 电化学当量愈大,生产率愈高。电化学当量愈大,生产率愈高。 实际电蚀量为实际电蚀量为KItmItV ()电流密度对生产率的影响()电流密度对生产率的影响 电流密度越高,生产率越高,但在增加电流密度的电流密度越高,生产率越高,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、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。引起火花放电、造成局部短路为度。 ()加工间隙对生产率的影响()加工间隙对生产率的影响 加工间隙越小,电解液的电阻越小,电流密度越大,加工间隙越小,电解
15、液的电阻越小,电流密度越大,蚀除速度也就越高。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。流速和压力。(二)、精度成型规律 此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分此外电源电压、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。和组织结构都对生产率有影响。 不仅与加工间隙有关,还与机床、工艺装备、工具不仅与加工间隙有关,还与机床、工艺
16、装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关。阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关。 (二)、精度成型规律1.端面平衡间隙/22RRUU(二)、精度成型规律2.法向平衡间隙工具端面与进给方向不一定垂直cos/cos./cos.bcRncnvUvv(二)、精度成型规律3.侧面间隙阴极侧面不绝缘时工件侧壁处于被加工状态,形成喇叭口阴极侧壁可绝缘(二)、精度成型规律4.平衡间隙理论应用1)计算电极间隙,根据电极推算加工后工件形状2)设计电极时计算阴极尺寸3)选择加工参数(电极间隙、电源电压、进给速度等)三表面质量及其影响因素三表面质量及其影响因素 ()工件材料的合金成分、金相组织和热处理状()工件材料
17、的合金成分、金相组织和热处理状态态 ()工艺参数()工艺参数 :电流密度、电解液的流速大小:电流密度、电解液的流速大小和温度高低和温度高低 ()工具阴极的表面质量()工具阴极的表面质量 (4 4)工件表面必须除油去锈)工件表面必须除油去锈 (5 5)电解液必须经过滤沉淀,不含固体颗粒杂质。)电解液必须经过滤沉淀,不含固体颗粒杂质。(三)、表面质量Ra1.250.16表面不存在塑性变形、残余应力、冷作硬化、烧伤退火层可能出现晶间腐蚀、流纹、麻点、工件表面黑膜,直至烧伤五、提高加工精度的主要措施五、提高加工精度的主要措施 ()脉冲电流电解加工()脉冲电流电解加工 ()小间隙电解加工()小间隙电解加
18、工 ()改进电解液()改进电解液 ()混气电解加工()混气电解加工()脉冲电流电解加工()脉冲电流电解加工 ()小间隙电解加工()小间隙电解加工 ()改进电解液()改进电解液 ()混气电()混气电解加工解加工六、电解加工设备三大部分:直流电源机床工具工件及电解液(一)直流电源硅整流、晶闸管无级调压:扼流式饱和电控器调压自饱和电控器调压晶闸管(二)机床与一般金属切削机床区别:刚性进给速度稳定性安全与防腐(三)电解液循环系统4.电解液作用:1).导电介质 2).发生电化学反应 3).带走热量及电化学产物要求:1)溶解度、离解度、导电率高 2)金属阳离子不在阴极上产生放电反应沉积到阴极上3)阳极反应
19、产物是不溶性化合物,便于清理(小孔时要求为可溶性化合物)4)低粘度、高比热容、化学稳定性好、无腐蚀和毒性 近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展,除了在加工各种近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展,除了在加工各种炮膛膛线外,在花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零炮膛膛线外,在花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获得广泛的应用。由于机床费用较高,一般在件及模具等方面获得广泛的应用。由于机床费用较高,一般在加工难加工材料、型面复杂、批量大的零件时选用,而单件小加工难加工材料、型面复杂、批量大的零件时选用,而单件小批生产多采用电火花加工批生产多采用电火花加工四、电解加工的应用
20、四、电解加工的应用 电火花加工的生产率较低,因此对精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模,正逐渐采用电解加工。 叶身形面形状复杂,精度要求高,加工量大,用电解加工,比机械加工工期短、效率高,质量好。 代替传统的钳工操作,提高工效,节约费用。 1 1. . 深孔扩孔加工深孔扩孔加工 深径比大于深径比大于5 5的深孔,用传统切削加工方法加工,刀具的深孔,用传统切削加工方法加工,刀具磨损严重,表面质量差,加工效率低。目前采用电解磨损严重,表面质量差,加工效率低。目前采用电解加工方法加工加工方法加工4 42000mm2000mm、1001008000mm8000mm的深孔,的深孔,加工精度高
21、,表面粗糙度低,生产率高。加工精度高,表面粗糙度低,生产率高。 电解加工深孔,按工具阴极的运动方式可分为固定式电解加工深孔,按工具阴极的运动方式可分为固定式和移动式两种。和移动式两种。 1 1. .深小孔加工深小孔加工 加工深小孔有两种方法,即普通电解加工和电子束加工深小孔有两种方法,即普通电解加工和电子束加工。加工。2 2. . 型孔加工型孔加工 对一些形状复杂、尺寸较小对一些形状复杂、尺寸较小的四方、六方、椭圆、半圆的四方、六方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通孔,机等形状的通孔和不通孔,机械加工很困难,可采用电解械加工很困难,可采用电解加工。加工。 3型腔加工型腔加工 对模具消耗较大、精对模
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