1、4 電化學(xué)加工4 電化學(xué)加工4.1 電化學(xué)加工原理、特點(diǎn)及分類4.2 電解加工4.3 電解磨削4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工4.1電化學(xué)加工原理、特點(diǎn)及分類v電化學(xué)加工（Electrochemical Machining：ECM）包括從工件上去除金屬去除金屬的電解加工和在工件上沉積金屬沉積金屬的電鑄加工兩大類，屬于通過電化學(xué)反應(yīng)去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料的非傳統(tǒng)加工方法。 圖4-1 電解(電鍍)液中的電化學(xué)反應(yīng)ieei211陽極；2陰極OHClHCu2. .涉及電化學(xué)加工過程的相關(guān)概念涉及電化學(xué)加工過程的相關(guān)概念1 1）電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液 電解質(zhì)：凡溶于水能導(dǎo)電的物質(zhì)。電解質(zhì)：凡溶于

2、水能導(dǎo)電的物質(zhì)。 如：鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化氨、食鹽、硝酸如：鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化氨、食鹽、硝酸鹽等酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。鹽等酸、堿、鹽都是電解質(zhì)。 水是弱電解質(zhì)。水是弱電解質(zhì)。 電解液電解液: :電解質(zhì)的水溶液電解質(zhì)的水溶液. .2) 電極電位考慮如下兩種實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fecl2FeCucl2Cu活潑金屬的雙電層不活潑金屬的雙電層引出問題：金屬浸入其他任何電解液時(shí)會(huì)產(chǎn)生雙電層和電位差嗎？考慮如下的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景考慮如下的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景鐵片鐵片銅片銅片NaCleV4.1電化學(xué)加工原理、特點(diǎn)及分類v原電池原理w 任何兩種金屬插入某一電解液中，兩金屬表面與電解液都形成雙電層，兩金屬之間存在電位差，有導(dǎo)

3、線連接時(shí)，有電流通過。v通過原電池原理使金屬溶解過程非常緩慢，通過原電池原理使金屬溶解過程非常緩慢，可以利用外電場(chǎng)，促進(jìn)電子移動(dòng)過程的加劇?？梢岳猛怆妶?chǎng)，促進(jìn)電子移動(dòng)過程的加劇。鐵片鐵片銅片銅片NaCle陽極鐵片陽極鐵片陰極銅片陰極銅片NaClee 當(dāng)用當(dāng)用10102020氯化鈉作電解液，以銅為工具加工碳鋼時(shí)，氯化鈉作電解液，以銅為工具加工碳鋼時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)式如下：電化學(xué)反應(yīng)式如下：2H+2eH2Fe-2eFe+Fe+2OH- Fe(OH)2 陰極反應(yīng):NaCl Na + +Cl-H2O H+ +OH- 水溶液中: 陽極反應(yīng): :3) 電極的極化陽極鐵片陽極鐵片陰極銅片陰極銅片NaCleen

4、平衡電極電位：溶解、沉淀平衡n電流通過，平衡狀態(tài)破壞，陽極電極電位向正移、陰極電位向負(fù)移，這種現(xiàn)象稱為極化1.濃差極化:陽極 2.電化學(xué)極化:陰極 電化學(xué)加工應(yīng)用v利用陽極溶解w 電解：電解：通過電化學(xué)反應(yīng)從工件表面去除金屬v利用陰極沉積w 電鍍：電鍍：在工件表面沉積金屬,材料表面裝飾保護(hù)w 電鑄：電鑄：在陰極上沉積實(shí)現(xiàn)附著加工v復(fù)合加工u 電解磨削：電解磨削：用于形狀尺寸加工和超鏡面加工表4-1 電化學(xué)加工分類4.2 電解加工4.2.1 電解加工過程及特點(diǎn)4.2.2 電解加工時(shí)的電極反應(yīng)4.2.3 電解液4.2.4 提高電解加工精度的途徑4.2.5 電解加工工藝及其應(yīng)用4.2.1 電解加工過

5、程及特點(diǎn)v電解加工w 利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解陽極溶解，將工件加工成形。電解加工原理圖12345VA1直流電源；2工具電極；3工件陽極；4電解液泵；5電解液4.2.1 電解加工過程及特點(diǎn)v電解加工成形原理工具工具工件工件電流電流兩個(gè)關(guān)鍵兩個(gè)關(guān)鍵: :w 陽極溶解：溶解速度與電流密度有關(guān)陽極溶解：溶解速度與電流密度有關(guān). .w 工作液高速?zèng)_走電解腐蝕物工作液高速?zèng)_走電解腐蝕物. .電解加工的三個(gè)條件 （1）工具與工件之間接上直流電源； （2）工具與工件之間保持較小的間隙； （3）工具與工件之間注入高速流動(dòng)的電解液。w 適應(yīng)性強(qiáng)：只要導(dǎo)電，無論軟、硬、脆適應(yīng)性強(qiáng)：只要導(dǎo)電，無論軟、硬、脆

6、; ;w 加工過程無機(jī)械作用力加工過程無機(jī)械作用力; ;w 加工效率高于電火花加工加工效率高于電火花加工; ;w 表面質(zhì)量好于電火花加工表面質(zhì)量好于電火花加工; ;w 工具電極理論上無消耗（陰極）工具電極理論上無消耗（陰極）; ;w 加工精度較低加工精度較低. .歸納如下特點(diǎn)：電解加工時(shí)電極反應(yīng)陽極鐵片陽極鐵片陰極銅片陰極銅片NaClee2H+2eH2Fe-2eFe+Fe+2OH- Fe(OH)2 陰極反應(yīng):NaCl Na + +Cl-H2O H+ +OH- 水溶液中: 陽極反應(yīng): :?H2NaFe2+Fe3+O2Cl2? 陽極反應(yīng)陽極反應(yīng) Fe Fe2e 2e FeFe+2+2 U U =

7、-0.44= -0.44v v Fe Fe3e Fe3e Fe+3+3 U U = -0.036 = -0.036v v 4OH 4OH- -4e O4e O2 2+2H+2H2 2O O U U = 0.401 = 0.401 v v 2Cl 2Cl- -2e Cl2e Cl2 2 U U = 1.3583 = 1.3583 v v Fe-2eFe+Fe+2OH- Fe(OH)2 陽極反應(yīng): :n陰極反應(yīng)陰極反應(yīng) 按可能性為按可能性為 2H2H+ +2e +2e H H2 2 U U = -0.42= -0.42v v Na Na+ +e Na +e Na U U = -2.69= -2.6

8、9v v 2H+2eH2陰極反應(yīng):4.2.3 電解液v電解液的主要作用w 導(dǎo)電w 提供電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所w 及時(shí)帶走電解產(chǎn)物和冷卻4.2.3 電解液v 對(duì)電解液的要求w 具有足夠的蝕除速度高的導(dǎo)電率高的導(dǎo)電率陰離子陰離子具有較正的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，以免產(chǎn)生析氧反應(yīng)；較正的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，以免產(chǎn)生析氧反應(yīng)；w 具有較高的加工精度和表面質(zhì)量陽離子陽離子具有較負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，以免在陰極上沉積，較負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，以免在陰極上沉積，改變工具形狀和尺寸；改變工具形狀和尺寸；w 陽極產(chǎn)物為不溶性化合物4.2.3 電解液v常用電解液w NaCl電流效率近100%幾乎完全電離，導(dǎo)電能力強(qiáng)價(jià)格、貨源有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用最廣泛

9、雜散腐蝕較嚴(yán)重4.2.3 電解液v常用電解液w NaClO3、NaNO3鈍化型電解液，非線性電解液ABCDE4.2.4 提高電解加工精度的途徑v脈沖電流電解加工v小間隙加工v改進(jìn)電解液v混氣電解加工4.2.4 提高電解加工精度的途徑v混氣電解加工裝置 可用于加工各種可用于加工各種復(fù)雜型腔、型孔、型面復(fù)雜型腔、型孔、型面( (如葉片如葉片) )以及深孔以及深孔和套料等，在大批大量生產(chǎn)中可用來去毛刺。和套料等，在大批大量生產(chǎn)中可用來去毛刺。4.2.5 電解加工工藝及應(yīng)用深孔加工4.2.5 電解加工工藝及其應(yīng)用v型孔加工w 用于形狀復(fù)雜、尺寸較小的四方、六方、橢圓等形狀的通孔和盲孔。w 一般采用端面

10、進(jìn)給法。4.2.5電解加工工藝及其應(yīng)用v型腔加工w 陰極的設(shè)計(jì)問題較突出；w 復(fù)雜型腔表面加工時(shí)，在陰極上加工增液孔、增液縫，保持電解液流場(chǎng)的均勻性。4.2.5 電解加工工藝及其應(yīng)用4.2.5 電解加工工藝及其應(yīng)用v其他電解加工w 電解倒棱去毛刺w 電解拋光w 電解刻字w 數(shù)控展成電解加工4.3 電解磨削4.3.1 電解磨削的基本原理和特點(diǎn)4.3.2 影響電解磨削生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素4.3.3 電解磨削用電解液及其設(shè)備4.3.4 電解磨削的應(yīng)用圖 電解磨削加工原理圖7685432191251311101直流電源；2絕緣主軸；3磨輪；4電解液噴嘴；5工件；6電解液泵；7電解液箱；8機(jī)床本體；9

11、工作臺(tái)；10磨料；11結(jié)合劑；12電解間隙；13電解液4.3.1 電解磨削的基本原理和特點(diǎn)1. 導(dǎo)電砂輪導(dǎo)電砂輪 2.電解液電解液 3.工件工件1.普通砂輪普通砂輪 2.工件工件 3.電解液電解液 4鈍化膜鈍化膜 5.中間電極中間電極4.3.1 電解磨削的基本原理和特點(diǎn)v過程原理1磨料砂輪，2導(dǎo)電砂輪結(jié)合劑銅或石墨，3工件，4電解產(chǎn)物（陽極鈍化薄膜），5電解液 電解刮除（磨削）電解磨削與普通電解的比較p相同點(diǎn)陽極溶解機(jī)理相同。p不同點(diǎn)陽極鈍化膜的去除原理不同。 電解磨削中，陽極鈍化膜的去除是靠磨輪的機(jī)械加工去除的，電解液腐蝕力較弱； 一般電解加工中的陽極鈍化膜的去除，是靠高電流密度去破壞（不斷

12、溶解）或靠活性離子（如氯離子）進(jìn)行活化，再由高速流動(dòng)的電解液沖刷帶走的。導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜4.3.1 電解磨削的基本原理和特點(diǎn)v電解磨削的特點(diǎn)w 與機(jī)械磨削對(duì)比加工范圍廣、效率高：高硬度、高韌性的材料；較高的加工精度和表面質(zhì)量；砂輪磨損量小；機(jī)床、夾具需防蝕防銹，需要附加設(shè)備。4.3.1 電解磨削的基本原理和特點(diǎn)v電解磨削的特點(diǎn)w 與電解加工對(duì)比依靠砂輪磨削作用去除和活化鈍化膜，因此，所需電解液壓力、流量較??；采用鈍化型電解液。4.3.2 影響生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素v影響生產(chǎn)率的主要因素w 電化學(xué)當(dāng)量w 電流密度w 磨輪與工件間的導(dǎo)電面積w 磨削壓力RUi法拉

13、第定律，金屬陽極的溶解量與通過的電量成正比。法拉第定律，金屬陽極的溶解量與通過的電量成正比。4.3.2 影響生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素v影響加工精度的因素w 電解液成分（形成鈍化膜的疏密程度）w 陰極導(dǎo)電面積和磨粒軌跡w 被加工材料的性質(zhì)（各種金屬同時(shí)溶解）w 機(jī)械因素（磨輪、夾具精度，機(jī)床成形精度等）4.3.2 影響生產(chǎn)率和加工質(zhì)量的因素v影響表面粗糙度的因素w 電參數(shù)（電壓不能過低或者過高，電流密度同電壓）w 電解液（鈍化型或者半鈍化型的電解液）w 被加工材料的性質(zhì)w 機(jī)械因素（磨粒粒度、磨削壓力等）4.3.3 電解磨削用電解液及其設(shè)備v電解液的選擇原則w 能夠使金屬生成結(jié)構(gòu)緊密、粘附力強(qiáng)的鈍

14、化膜；w 導(dǎo)電性好，以獲得高生產(chǎn)率；w 不銹蝕機(jī)床和夾具；w 對(duì)人體無害；w 經(jīng)濟(jì)。4.3.3 電解磨削用電解液及其設(shè)備v電解磨削用設(shè)備w 直流電源：與電解加工設(shè)備通用。w 電解液系統(tǒng)小型離心泵，過濾、沉淀裝置等。w 電解磨床特別制造的導(dǎo)電砂輪；（銅基、石墨）電解磨床也可由一般磨床改裝。（a） （b） （c）電解磨削示意圖 (a)(b)213451絕緣層；2磨輪；3噴嘴；4工件；5加工電源4.3.4 電解磨削的應(yīng)用 電鑄、表面局部涂鍍和復(fù)合鍍加工在原理和本質(zhì)都屬電鑄、表面局部涂鍍和復(fù)合鍍加工在原理和本質(zhì)都屬于電鍍工藝的范疇，都是和電解相反，利用電鍍液中金屬于電鍍工藝的范疇，都是和電解相反，利用

15、電鍍液中金屬正離子在電場(chǎng)的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過程。正離子在電場(chǎng)的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過程。45636 V789101231鍍槽；2陽極；3蒸餾水瓶；4直流電源；5加熱管；6恒溫裝置；7溫度計(jì)；8母模；9電鑄層；10玻璃管4.4 電鑄、涂鍍及復(fù)合鍍加工 工藝目的工藝目的電鍍電鍍電鑄電鑄涂鍍涂鍍復(fù)合鍍復(fù)合鍍表面裝飾、防銹表面裝飾、防銹復(fù)制成型加工復(fù)制成型加工增大尺寸，改善增大尺寸，改善表面性能表面性能1.1.功能性鍍層如耐磨功能性鍍層如耐磨層層2.2.制造砂輪工具制造砂輪工具鍍層厚度鍍層厚度0.001-0.05mm0.001-0.05mm0.05-50.05-5或以上或以上0.0

16、01-0.50.001-0.5或以上或以上0.05-10.05-1以上以上精度要求精度要求只要求表面光亮光只要求表面光亮光滑滑有尺寸及形狀精有尺寸及形狀精度要求度要求有尺寸及形狀精有尺寸及形狀精度要求度要求有尺寸及形狀精度要有尺寸及形狀精度要求求鍍層牢固鍍層牢固要求與工件金屬牢要求與工件金屬牢固粘結(jié)固粘結(jié)要求與原膜能分要求與原膜能分離離要求與工件金屬要求與工件金屬牢固粘結(jié)牢固粘結(jié)要求與工件金屬牢固要求與工件金屬牢固粘結(jié)粘結(jié)陽極材料陽極材料用與鍍層金屬同一用與鍍層金屬同一材料材料用與鍍層金屬同用與鍍層金屬同一材料一材料用石墨、鉑等鈍用石墨、鉑等鈍性金屬性金屬用與鍍層金屬同一材用與鍍層金屬同一材料

17、料鍍液鍍液自配電鍍液自配電鍍液自配電鍍液自配電鍍液按被鍍金屬層選按被鍍金屬層選用現(xiàn)成供應(yīng)的涂用現(xiàn)成供應(yīng)的涂鍍液鍍液自配電鍍液自配電鍍液工作方式工作方式需要渡槽，工件侵需要渡槽，工件侵在鍍液中，與陽極在鍍液中，與陽極無相對(duì)運(yùn)動(dòng)無相對(duì)運(yùn)動(dòng)需用渡槽，工件需用渡槽，工件與陽極可以相對(duì)與陽極可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)或靜止不動(dòng)運(yùn)動(dòng)或靜止不動(dòng)不需渡槽，鍍液不需渡槽，鍍液澆注或含吸在相澆注或含吸在相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的工件對(duì)運(yùn)動(dòng)著的工件和陽極之間和陽極之間可采用渡槽或采用其可采用渡槽或采用其他方法，如電鍍、電他方法，如電鍍、電鑄、電刷鍍等鑄、電刷鍍等4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的原理利用電鍍液中金屬正離子在電場(chǎng)的作用下

18、，鍍覆沉積到陰極上去的過程。4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的特點(diǎn)w 能準(zhǔn)確、精密地復(fù)制復(fù)雜型面和細(xì)微紋路；w 能獲得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1m的復(fù)制品，電鑄件一致性極好；w 適應(yīng)性廣泛。4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的應(yīng)用范圍w 復(fù)制精細(xì)表面輪廓花紋；w 復(fù)制注塑用模具、電火花型腔加工用電極；w 制造復(fù)雜、高精度的空心零件和薄壁零件；w 制造表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)樣塊、反光鏡、表盤、異形孔噴嘴等特殊零件。4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的基本設(shè)備w 電鑄槽w 直流電源w 攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)（降低濃差極化）w 加熱和冷卻裝置4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的工藝過程原模表面處理電鑄至規(guī)定厚度襯背處理脫模清洗干燥成品4.4 電鑄、電鍍及復(fù)合鍍加工v電鑄加工的工藝過程要點(diǎn)w 原模表面處理金屬：鈍化處理生成鈍化膜，便于加工后的脫模非金屬：導(dǎo)電化處理w 電鑄過程鑄液需連續(xù)過濾、攪拌，并保持其成分、溫度等特性；對(duì)鑄件凸凹部分進(jìn)行處理，保證鑄層均勻。w 襯背和脫模刻度盤模具型腔電鑄過程106M3628145759056(a)(b)123450.91.11020(c)