4.電化學(xué)加工(ECM)

（ElectrochemicalMachining)電化學(xué)加工的基本原理電解加工電解拋光電化學(xué)機械加工電鑄技術(shù)涂鍍與復(fù)合鍍電化學(xué)加工新技術(shù)

14.電化學(xué)加工(ECM)

（Electrochemical4.1電化學(xué)加工原理4.1.1

電化學(xué)反應(yīng)4.1.2

電解質(zhì)溶液4.1.3

電極電位4.1.4

電極的極化4.1.5

鈍化現(xiàn)象4.1.6

活化4.1.7

電化學(xué)加工分類24.1電化學(xué)加工原理4.1.1電化學(xué)反應(yīng)24.1.1

電化學(xué)反應(yīng)Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)陽極陰極電子導(dǎo)體（金屬）自由電子定向移動而形成電流離子導(dǎo)體（溶液）溶液中的正負離子移動而形成電流34.1.1電化學(xué)反應(yīng)Cu2+CuCu12VieCu2+H+Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1CuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)陽極陰極4.1.1

電化學(xué)反應(yīng)陽極：氧化溶解Cu→Cu+2+2e陰極：還原沉積Cu+2+2e→Cu電化學(xué)反應(yīng)在陰、陽極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)電荷遷移：溶液中正負離子的定向移動4Cu2+CuCu12VieCu2+H+1Cl-1OH-1Cu電化學(xué)加工基本原理銅質(zhì)陽極上有銅原子丟掉電子而成為Cu2+離子進入溶液，溶液中的Cu2+離子移向陰極，并從陰極上得到電子而沉積到陰極上。電化學(xué)加工利用電化學(xué)作用為基礎(chǔ)對金屬進行加工的方法5電化學(xué)加工基本原理銅質(zhì)陽極上有銅原子丟掉電子而成為Cu2+離4.1.2

電解質(zhì)溶液電解質(zhì)：溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)+水，簡稱電解液電解質(zhì)電離：如，離子型晶體NaClNaCl→Na++Cl-強電解質(zhì):在水中100%電離——強酸、強堿、大多數(shù)鹽類弱電解質(zhì)：僅有一部分電離——氨（NH3）、醋酸（CH3COOH）64.1.2電解質(zhì)溶液電解質(zhì)：溶于水后能導(dǎo)電的物質(zhì)6離子型晶體NaCl的晶體結(jié)構(gòu)圖組成晶體的粒子不是分子，而是相間排列的正負離子7離子型晶體NaCl的晶體結(jié)構(gòu)圖組成晶體的粒子不是分子，而是相4.1.3電極電位

金屬原子結(jié)構(gòu)：

金屬原子都是由內(nèi)層為帶正電荷的金屬陽離子組成。即使沒有外接電源，當金屬和它的鹽溶液接觸時，經(jīng)常發(fā)生把電子交給溶液中的離子，或從容液中得到電子。84.1.3電極電位金屬原子結(jié)構(gòu)：84.1.3

電極電位金屬表層和溶液間形成一層極薄的“雙電層”不活潑金屬Cu雙電層活潑金屬Fe雙電層+--++--++--++--+FeFeCl2++-++-

++-

++-CuCuSO4金屬浸入其它電解液中也會產(chǎn)生雙電層雙電層現(xiàn)象(活潑金屬)

活潑金屬Fe__從容液中得到電子雙電層現(xiàn)象(不活潑金屬)

不活潑金屬Cu__把電子交給溶液中的離子94.1.3電極電位金屬表層和溶液間形成一層極薄的“雙電層”4.1.3

電極電位電極電位（平衡電極電位）：產(chǎn)生在金屬和它的鹽溶液之間的電位差

用鹽橋的辦法測出兩種不同電極間的電位差標準電極電位：

溫度為25℃時，把金屬放在此金屬離子的有效質(zhì)量分數(shù)為1g/L的溶液中，此金屬的電極電位與標準氫電極的電極電位之差，用U0來表示。電位UUaUb距離緊密層a分散層b溶液雙電層電位分布U：金屬與溶液間的雙電層電位差Ua：雙電層中緊密層的電位差Ub：雙電層中分散層的電位差104.1.3電極電位電極電位（平衡電極電位）：用鹽橋把鋅片放到H+有效質(zhì)量分數(shù)為1g/L的硫酸溶液中，在25℃時持續(xù)地把壓強為101.3kPa的純氫氣流通入，使鋅電極吸附氫氣達到飽和。在電極表面的H2

和溶液中H+之間有以下平衡：

H2

2H++2e經(jīng)測定，Zn2+/Zn的標準電極電位是-0.763V。測定Zn2+/Zn的標準電極電位11把鋅片放到H+有效質(zhì)量分數(shù)為1g/L的硫酸溶液中，在25℃時表4-1一些元素的標準電極電位（25℃）12表4-1一些元素的標準電極電位（25℃）12能斯特公式當離子質(zhì)量分數(shù)改變時，電極電位也隨著改變，可用能斯特（Nemst）公式換算。U′---平衡電極電位差（V）；U0---標準電極電位差（V）；n

---電極反應(yīng)得失電子數(shù)，即離子價數(shù)；a

---離子有效質(zhì)量分數(shù)。式中“+”號用于計算金屬；“-”號用于計算非金屬的電極電位。13能斯特公式當離子質(zhì)量分數(shù)改變時，電極電位也隨著改變，可用能斯4.1.4

電極的極化

兩極間無電流通過時：電極電位處于平衡→平衡電極電位

兩極間有電流通過時：

陽極：電極電位→向正移動

陰極：電極電位→向負移動

極化現(xiàn)象：電流密度增大時，兩極電位增大的現(xiàn)象

超電位：

極化后的電極電位與平衡電極電位之差+V-V電位i（電流密度）陽極陰極產(chǎn)生超電位的原因：濃差極化（在陽極）電化學(xué)極化（在陰極）144.1.4電極的極化兩極間無電流通過時：電極電位處于平衡濃差極化（發(fā)生在陽極）陽極金屬失去電子速度加快電流密度增加Cu

2+產(chǎn)生速度＞Cu

2+擴散、遷移速度Cu

2+在陽極堆積陽極電位值增加（陽極電位向正移）--Cu+2CuCu12VieCuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)15濃差極化（發(fā)生在陽極）陽極金屬失去電子電流密度增加Cu2+電化學(xué)極化（發(fā)生在陰極）陰極電子量增大電流密度增加電子增加量＞2H++2e→H2反應(yīng)中消耗量電子在陰極表面堆積陰極電極電位向負移CuCu12VieCuCl2溶液中的電化學(xué)反應(yīng)--e16電化學(xué)極化（發(fā)生在陰極）陰極電子量增大電流密度增加電子增加量4.1.5金屬的鈍化鈍化（陽極鈍化或電化學(xué)鈍化）：金屬陽極的溶解速度在大電流密度下維持一段時間后反而急劇下降，成穩(wěn)定狀態(tài)不再溶解。Ulgi鋼在NaNO3中的極化曲線174.1.5金屬的鈍化鈍化（陽極鈍化或電化學(xué)鈍化）：金屬陽極4.1.5金屬的鈍化成相理論吸附理論

產(chǎn)生原因（兩種觀點）金屬與溶液作用后在金屬表面形成一層緊密的薄膜（氧化物、氫氧化物或鹽類）使金屬失去了原來的活潑性質(zhì)，使溶解過程減慢。在金屬表層形成了氧的吸附層184.1.5金屬的鈍化成相理論吸附理論產(chǎn)生原因（兩種觀點）4.1.6活化活化：

活化方法機械破壞—電解磨削物理活化—加熱溶液溫度過高，電解液蒸發(fā)快，絕緣材料產(chǎn)生膨脹、軟化和損壞化學(xué)活化—通入還原性氣體或活性離子Cl-，使鈍化膜中的氧排出使金屬鈍化膜破壞的過程194.1.6活化活化：活化4.1.7電化學(xué)加工分類加工方法加工原理去除加工電解加工電解拋光陽極溶解電解磨削電解電火花復(fù)合加工陽極溶解+其他能量結(jié)合加工電鍍電鑄涂鍍陰極沉積204.1.7電化學(xué)加工分類加工方法加工原理去除加工電解加工陽思考從原理和機理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為“納米級加工”或“原子級加工”技術(shù)？

由于電化學(xué)加工從機理上看，是通過電極表面逐層地原子或分子的電子交換，使之在電解液中“陽極溶解”而被去除來實現(xiàn)加工的，可以控制微量、極薄層“切削”去除。因此，電化學(xué)加工有可能發(fā)展成為納米級加工或原子級的精密、微細加工。但是真的要實現(xiàn)它，從技術(shù)上講還有相當難度。主要是由于電化學(xué)加工的實質(zhì)是實現(xiàn)選擇性陽極溶解或選擇性陰極沉積，只要能把這種溶解或沉積的大小、方向控制到原子級上就可以了。但是由于它們的影響因素太多，如溫度、成分、濃度、材料性能、電流、電壓等，故綜合控制起來還很不容易。21思考從原理和機理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為“納米級4.2電解加工電解加工原理常用電解液及其特性電解加工基本規(guī)律提高電解加工精度的途徑電解加工設(shè)備電解加工的特點及應(yīng)用224.2電解加工電解加工原理224.2.1電解加工原理-+陽極與陰極距離較近的地方通過的電流密度較大，陽極溶解速度也較快，加工時電流密度10～200A/cm2。10～20V兩極之間間隙0.1～1mm，電解液流速5～50m/s1000～10000(20000)AAV0.5～2MPa電解液工具陰極工件陽極234.2.1電解加工原理-+陽極與陰極距離較近的地方通過的電電解加工的加工過程工具與工件分別接電源的陰極和陽極。工具陰極向工件慢慢進給，在很小的間隙內(nèi)通以一定壓力并高速流動的電解液，用以沖走電解產(chǎn)物。24電解加工的加工過程工具與工件分別接電源的陰極和陽極。工具陰極加工范圍廣不受材料硬度、強度限制，可加工復(fù)雜面形生產(chǎn)效率高是電火花加工的5~10倍加工表面質(zhì)量好Ra值：1.25~0.2μm；加工精度：±0.1mm無機械力作用無殘余應(yīng)力、無變形及變質(zhì)層、無飛邊毛刺陰極工具理論上不損耗工具只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解，理論上無損耗，使用壽命長電解加工的特點（優(yōu)點）25加工范圍廣電解加工的特點（優(yōu)點）25電解加工的特點（缺點）加工穩(wěn)定性差，達不到高精度要求工具設(shè)計、制造難機床體積大環(huán)境污染問題26電解加工的特點（缺點）加工穩(wěn)定性差，達不到高精度要求26電解加工的應(yīng)用適用于難加工材料適用于復(fù)雜形狀的零件適用于成批生產(chǎn)

由于電解加工的優(yōu)點及缺點都很突出，選用電解加工應(yīng)滿足三個原則27電解加工的應(yīng)用適用于難加工材料由于電解加工的優(yōu)點及缺點選擇電解加工的工藝原則28選擇電解加工的工藝原則28電解加工時的電極反應(yīng)電解加工時電極間的反應(yīng)很復(fù)雜：1）一般工件材料不是純金屬，而是多種元素的合金，金相組織不完全一致；2）電解液往往不是該金屬的溶液，可能含有多種成分；3）電解液的濃度、溫度、壓力及流速等對電解過程有影響。29電解加工時的電極反應(yīng)電解加工時電極間的反應(yīng)很復(fù)雜：29鋼在NaCl水溶液中電解的電極反應(yīng)電解液中存在四種離子NaCl→Na++Cl-H2O→H++OH-陽極可能的反應(yīng)陰極可能的反應(yīng)30鋼在NaCl水溶液中電解的電極反應(yīng)電解液中存在四種離子NaC陽極可能的反應(yīng)Fe-2e→Fe+2U'=-0.59VFe-3e→Fe+3U'=-0.323V4OH--4e→O2↑

U'=0.867V2Cl--2e→Cl2↑

U'=1.334V陽極表面每個鐵原子在外電源作用下放出兩個或三個電子，成為正的二價或三價鐵離子而溶解進入電解液中。（電極電位由能斯特公式算出）負的氫氧根離子被陽極吸引，丟掉電子而析出氧氣。負的氯離子被陽極吸引，丟掉電子而析出氯氣。31陽極可能的反應(yīng)Fe-2e→Fe+2電極電位最負的物質(zhì)將首先在陽極反應(yīng)（電極反應(yīng)基本原理）Fe-2e→Fe+24Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3

↓黃褐色沉淀（鐵銹）陽極產(chǎn)生的反應(yīng)Fe+2+2OH-→Fe(OH)2

↓（氫氧化亞鐵，墨綠色絮狀物）32電極電位最負的物質(zhì)將首先在陽極反應(yīng)（電極反應(yīng)基本原理）Fe陰極可能的反應(yīng)2H++2e→H2↑U'=-0.42VNa++e→Na

↓

U'=-2.69V電極電位最正的粒子將首先在陰極反應(yīng)(電極反應(yīng)基本原理）2H++2e→H2↑陰極產(chǎn)生的反應(yīng)

理想情況下，鐵以Fe+2的形式被溶解，水被分解消耗。而電解液中的氯離子和鈉離子起導(dǎo)電作用，本身并不消耗。所以NaCl電解液使用壽命長，只要過濾干凈，適當加水，可長期使用。33陰極可能的反應(yīng)2H++2e→H2↑合金鋼的電解由于合金鋼中各元素的電極電位不同→各點的溶解速度不同→Ra值變大隨著鋼中的含碳量的增加，Ra值增大。

原因：鋼中存在Fe3C，其電極電位接近石墨的平衡電位（U=+0.37V）而難電解高碳鋼、鑄鐵或經(jīng)過表面滲炭后的零件

均不適用于電解加工34合金鋼的電解由于合金鋼中各元素的電極電位不同→各點的溶解速度電解加工過程中的電能利用兩極間電壓分布（平衡狀態(tài)）UUcURUa+-UU：使陽極不斷溶解的總能源，在兩極間形成加工電流，使陽極達到較高的溶解速度。UR：電解液電阻形成的歐姆電壓Ua：陽極壓降；Uc：陰極壓降U≥UR+Ua+UcUR=IRUa+Uc≈2~3V通過間隙的電流能否全部用于陽極溶解取決于陽極極化的程度（極間電流利用率）35電解加工過程中的電能利用兩極間電壓分布（平衡狀態(tài)）UUcUR電解過程中的極間電流金屬陽極電位＜溶液中所有陰離子的電極電位→只有金屬溶解（電流效率接近100%)金屬陽極電位＞有些陰離子的電極電位→這些陰離子也將參加反應(yīng)（電流效率<100%)極化程度很高時：金屬陽極電位＞溶液中所有陰離子的電極電位→金屬不能溶解（電流效率=0%)極化程度很小時：36電解過程中的極間電流金屬陽極電位＜溶液中所有陰離子的電極電4.2.2電解液及其特性1.電解液的作用2.

對電解液的要求3.

常用電解液4.

電解液參數(shù)對加工過程的影響5.

電解液的流動形式6.

電解液出水口的布局374.2.2電解液及其特性1.電解液的作用371.電解液的作用作為導(dǎo)電介質(zhì)，傳遞電流在電場作用下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)排屑、散熱381.電解液的作用作為導(dǎo)電介質(zhì)，傳遞電流38有足夠的蝕除速度

溶解度和電導(dǎo)率高；陰離子具有較正的標準電位，以免在陽極上產(chǎn)生析氧等副反應(yīng)，降低電流效率。保證加工精度和表面質(zhì)量

金屬陽離子不沉積到陰極工具上，以免改變工具的形狀及尺寸。電解液中所含陽離子必須具有較負的標準電位。最終產(chǎn)物為不溶性化合物

便于排屑(加工小孔或窄縫時，電解產(chǎn)物應(yīng)溶于電解液，以免堵塞加工間隙)性能穩(wěn)定、腐蝕性小2.對電解液的要求39有足夠的蝕除速度

溶解度和電導(dǎo)率高；陰離子具有較正的標準電位3.常用電解液電解液的種類：中性：NaCl

（氯化鈉），NaNO3（硝酸鈉），NaClO3

（氯酸納）酸性：HCl（氯化氫），HNO3（硝酸），H2SO4（硫酸）堿性：

NaOH（氫氧化鈉），KOH（氫氧化鉀）403.常用電解液電解液的種類：40NaCl（氯化鈉）電解液NaCl電解液的特點：易溶解、電離度高→導(dǎo)電性好含有活化Cl-離子→鈍化膜小適應(yīng)面廣、價廉雜散腐蝕嚴重，復(fù)制精度差41NaCl（氯化鈉）電解液NaCl電解液的特點：41

雜散腐蝕NaCl：由于陰極側(cè)面不絕緣，側(cè)壁及內(nèi)芯被雜散腐蝕NaNO3、NaClO3

：工件側(cè)壁鈍化，側(cè)壁及內(nèi)芯雜散腐蝕很小。NaCl加工結(jié)果NaNO3、NaClO3加工結(jié)果

在電解加工中，有些已加工部位或不需要加工部位也有電流的分布，這就意味著在這些部位也可能會出現(xiàn)材料去除，這種現(xiàn)象通常稱為雜散腐蝕。42雜散腐蝕NaCl：由于陰極側(cè)面不絕緣，側(cè)壁及內(nèi)芯被雜散腐

NaNO3（硝酸鈉）電解液

屬于鈍化型電解液

加工區(qū)域：

利用超鈍化區(qū)，加工速度快

非加工區(qū)域：

利用鈍化區(qū)，起保護作用

鈍化型電解液的應(yīng)用

特點：

成型精度高，價格中（NaCl的1倍）有氨氣析出，NaNO3被消耗電流效率低，生產(chǎn)率低Ulgi鋼在NaNO3中的極化曲線電流密度陽極電位超鈍化區(qū)鈍化區(qū)正常溶解區(qū)ABCDE43NaNO3（硝酸鈉）電解液屬于鈍化型電解液加工區(qū)域：NaClO3（氯酸納）電解液特性與NaNO3電解液相似溶解度高導(dǎo)電能力強價格貴（NaCl的5倍）強氧化劑（易燃）屬于消耗性電解液：

Cl-離子↑，雜散損失↑44NaClO3（氯酸納）電解液特性與NaNO3電解液相似溶解

三種電解液的

-i曲線NaCl：屬于線性電解液NaClO3

：屬于非線性溶液NaNO3

：屬于非線性溶液切斷間隙：由于陽極鈍化膜的作用，當加工間隙大于某臨界間隙時，電流效率為零，稱該臨界間隙為切斷間隙。切斷電流密度：切斷間隙下的電流密度i

100%iaib電流密度電流效率45三種電解液的-i曲線NaCl：屬于線性電解液切斷間隙：特點種類NaCl電解液NaNO3電解液NaClO3電解液加工速度高低較高加工精度較低較高較高腐蝕性大較小較小成本低較高高安全性安全、無毒助燃（氧化劑）易燃（強氧化劑）應(yīng)用范圍精度要求不高的鐵基、鎳基合金有色金屬、精度高的鐵基、鎳基合金電解擴孔、去毛刺三種電解液的性能對比46特點種類NaCl電解液N

改善電解液性能的方法

-加添加劑

NaNO3電解液+NaCl→生產(chǎn)率↑

電解液+絡(luò)合劑、光亮劑→Ra↓

NaCl電解液+磷酸鹽→散蝕↓成形精度↑

電解液+緩蝕添加劑→腐蝕↓47改善電解液性能的方法

4.電解液參數(shù)對加工過程的影響濃度↑導(dǎo)電率↑散蝕能力↑電解液的溫度:溫度↑,導(dǎo)電率↑,散蝕能力↑電解液的粘度粘度↑流動性↓不易排屑↑散熱能力↓生產(chǎn)率↓加工效率↑加工質(zhì)量↓電解液的濃度484.電解液參數(shù)對加工過程的影響濃度↑導(dǎo)電率↑散蝕能力↑電解常用電解液的電導(dǎo)率[1/（

cm）]電解液配方及電參數(shù)49常用電解液的電導(dǎo)率[1/（cm）]電解液配方及電參5.電解液的流速

加工過程中電解液必須具有足夠的流速，把電解產(chǎn)物及熱量帶走（一般與為10m/s)

電流密度增大時，電解液的流速要相應(yīng)增加，以便及時帶走電解產(chǎn)物。調(diào)節(jié)電解液泵的出水壓力可改變流速

505.電解液的流速加工過程中電解液必須具有足夠的流速，把正向流動

易于密封產(chǎn)物流過間隙，出口處加工精度和表面粗糙度差工具電極開口處留有凸起的殘余尖錐

反向流動

結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件上同樣會有殘余尖錐外，其余與正向流動相反橫向流動

結(jié)構(gòu)簡單

適用于較淺的型腔加工5.電解液的流動形式51正向流動易于密封反向流動結(jié)構(gòu)復(fù)雜橫向流動結(jié)構(gòu)簡單5.6.

電解液出水口的布局加工間隙內(nèi)能否獲得均勻的流場，與陰極出水口的布局有關(guān)要求：流場均勻、無死角×√×√526.電解液出水口的布局加工間隙內(nèi)能否獲得均勻的流場，與陰極4.2.3電解加工的基本規(guī)律4.2.3.1基本概念4.2.3.2影響生產(chǎn)效率的因素4.2.3.3精度成形規(guī)律4.2.3.4影響表面質(zhì)量的因素534.2.3電解加工的基本規(guī)律4.2.3.1基本概念534.2.3.1基本概念生產(chǎn)率：單位時間內(nèi)蝕除的金屬量（g/min）法拉第電解定律：陽極金屬去蝕量與電荷量（Q=It）成正比理論蝕除量：M=KQ=KIt

（g）

K---質(zhì)量電化學(xué)當量[g/(A·h)]v=ωQ=ωIt

（mm3）

ω---體積電化學(xué)當量[mm3/(A·h)]K=ρωρ---密度[g/mm3]544.2.3.1基本概念54電流效率

：

=實際蝕除量/理論蝕除量×100%實際蝕除量:m=

M=

KQ=

KItv=

V=

Q=

It55電流效率：實際蝕除量:554.2.3.2影響生產(chǎn)效率的因素金屬的電化學(xué)當量電流密度電極間隙564.2.3.2影響生產(chǎn)效率的因素金屬的電化學(xué)當量56m=

M=

KQ=

KItv=

V=

Q=

It生產(chǎn)率=

KI(or=

I)K---質(zhì)量電化學(xué)當量[g/(A·h)]

---體積電化學(xué)當量[mm3/(A·h)]K=

---密度[g/mm3]金屬的電化學(xué)當量對生產(chǎn)率的影響57m=M=KQ=KIt金屬的電化學(xué)當量對生產(chǎn)率的影響57通常鐵和鐵合金在NaCl電解液中的電流效率可按100%計算58通常鐵和鐵合金在NaCl電解液中的電流效率可按100%計算5計算題舉例例題：采用NaCl電解液加工如圖1所示的低碳鋼零件，要求5min加工一個孔，中空電極的尺寸如圖2所示。求：（1）加工電流為多少？（2）如加工電流為5000A，加工一個孔的時間為多少？59計算題舉例例題：采用NaCl電解液加工如圖1所示的低碳鋼零件

13.5圖2中空電極

2564

13.5

2564圖1零件圖6013.5圖2中空電極256413.52564圖1計算題舉例例題：采用NaCl電解液加工如圖1所示的低碳鋼零件，要求5min加工一個孔，中空電極的尺寸如圖2所示。求：（1）加工電流為多少？（2）如加工電流為5000A，加工一個孔的時間為多少？解：溶解去除的金屬體積V=π(D2-d2)L/4=π(252-13.52)×64/4=22200mm3所需的電流大?。篒=V/(ηωt)=22200/(1×133

×5/60)=2000Aω值：表4-5，碳鋼ω=133mm3／Ah加工電流為5000A，加工一個孔的時間為t=V/(ηωI)=22200/(1×133×5000)=1/30h=2min61計算題舉例例題：采用NaCl電解液加工如圖1所示的低碳鋼零件I=iA電流密度（i）對生產(chǎn)率的影響V=

ItV=

iAt生產(chǎn)中常用蝕除速度為：va=h/th:去除厚度;t:加工時間

蝕除體積：V=Ah=Avatva

=

i電流密度越高，生產(chǎn)率越高。但過高將會出現(xiàn)火花放電，析出氧、氯等氣體，并使電解液溫度過高，在間隙內(nèi)造成沸騰氣化而引起短路。加工時平均電流密度為10～100A/cm2。UUcUaURh-+工件工具va蝕除過程62I=iA電流密度（i）對生產(chǎn)率的影響V=ItV=iA電極間隙對生產(chǎn)率的影響間隙電阻：R=

/

A

—導(dǎo)電率（1／Ωmm）間隙中通過電流：

I=UR/R=UR

A/

電流密度：

i=I/A=UR/

va=

i

UR=U-(Uc+Ua)≈U-2得

va=

UR/

令C=

UR

得

va=C/

（C為常數(shù)）

UUcUaURh-+工件工具va蝕除過程

63電極間隙對生產(chǎn)率的影響間隙電阻：R=/A間隙中通過電流：

蝕除速度va與電極間隙

成反比，雙曲線關(guān)系。

當電解溫度，濃度，電壓等加工條件不同時，可得不同形狀的雙曲線。

0:起始間隙對式va=

UR/，經(jīng)dt后，間隙將增加d，所以積分推導(dǎo)得64蝕除速度va與電極間隙成反比，雙曲線關(guān)系。

當電解例題：溫度30℃，質(zhì)量分數(shù)為15%的NaCl電解液，對某一碳鋼零件進行固定式陰極板擴孔，起始間隙為0.2mm（單邊），電壓12V。求：（1）加工開始時的蝕除速度;（2）間隙為1mm時的蝕除速度;（3）間隙由0.2mm擴到1mm需要時間。解：va=

UR/

對于NaCl電解液，

=100%；表4-5：碳鋼

=2.22mm3/(Amin);

UR=U-(UC+Ua)≈12-2=10V表4-3：導(dǎo)電率σ=0.207/Ωcm＝0.02/Ωmm

開始時：

0＝0.2mmva=

UR/

0＝1×2.22×10×0.02／0.2=2.22mm/minΔ＝1mm時，va=

UR/

＝1×2.22×10×0.02／1=0.444mm/min加工時間：65例題：溫度30℃，質(zhì)量分數(shù)為15%的NaCl電解液，對某一碳4.2.3.3精度成形規(guī)律va=

UR

/

=

C/

端面平衡間隙法向平衡間隙側(cè)向平衡間隙平衡間隙的應(yīng)用以上只討論蝕除速度va與加工間隙

之間的關(guān)系。實際電解加工中，工具陰極進給速度vc的大小對加工間隙有影響，即影響工件尺寸和成形精度。664.2.3.3精度成形規(guī)律va=UR/=C/端面平衡間隙

b

bvc

va

0

bvcv2v1開始加工時蝕除速度隨著時間的推移

↓va↑vc=vavc>va

b是指加工過程達到穩(wěn)定時（vc

=va）的加工間隙一般取

b=0.25~0.3mmvc

067端面平衡間隙bbvcva0bvcv2v1開始加工時當vc=va時出現(xiàn)端面間隙。va—陽極工件的蝕除速度；vc—陰極工具的進給速度；

0—起始間隙；

b—端面平衡間隙。加工間隙的變化過程68當vc=va時出現(xiàn)端面間隙。加工間隙的變化過程68法向平衡間隙

n法向進給速度注意：上式是在進給速度和蝕除速度達到平衡時才是正確的，未達到平衡時，只有當

≤45°且精度要求不高時，可用此式。代入

b=C/vc法向平衡間隙

n比端面平衡間隙

b大1/cos

。69法向平衡間隙n法向進給速度注意：上式是在進給速度和蝕除速度x處的蝕除速度為經(jīng)過dt后，間隙的增量為dx側(cè)向間隙

s當工具底側(cè)面半徑很小時x0≈

bvcx

bhx0x

bx0bvc側(cè)向間隙

s陰極側(cè)面絕緣時70x處的蝕除速度為經(jīng)過dt后，間隙的增量為dx側(cè)向間隙s當工平衡間隙的應(yīng)用

陰極形狀、尺寸

分析加工精度：

陰陽極形狀尺寸被加工工件的形狀尺寸側(cè)隙確定b值加工工藝參數(shù)（電極間隙、電源電壓、進給速度等）71平衡間隙的應(yīng)用陰極形狀、尺寸分析加工精度：陰陽極形狀尺cos

作圖法當工件輪廓和端面平衡間隙已知，則可通過作圖（cos

作圖法）求得工件輪廓線上幾點的法線平衡間隙（A1B1、A2B2、A3B3、…），連接B1、B2、B3、…即可得出工具陽極形狀。72cos作圖法當工件輪廓和端面平衡間隙已知，則可通過作圖（c4.2.3.4影響表面質(zhì)量的因素工件材料工件材料的成分復(fù)雜，Ra變大工件的組織不均勻，Ra變大工具電極表面的Ra值大，工件的Ra變大電場、流場不均勻，工件的Ra變大電解液流速電解液的成分734.2.3.4影響表面質(zhì)量的因素工件材料734.3.3.6電解加工表面缺陷

縱向條紋

麻點

毛瘤子

光瘤子744.3.3.6電解加工表面缺陷縱向條紋74電解加工表面缺陷（1）縱向條紋（流場分布不均勻）

麻點（電流過大，破壞薄膜）75電解加工表面缺陷（1）縱向條紋麻點75

電解加工表面缺陷（2）毛瘤子（夾雜的不導(dǎo)電物）光瘤子（局部絕緣屏蔽）76電解加工表面缺陷（2）毛瘤子光瘤子764.2.4提高加工精度的途徑絕緣陰極側(cè)面改進電解液流場改進電解液脈沖電流電解加工混氣電解加工小間隙加工774.2.4提高加工精度的途徑絕緣陰極側(cè)面77提高加工精度的途徑(1~2)絕緣陰極側(cè)面改進電解液流場78提高加工精度的途徑(1~2)絕緣陰極側(cè)面改進電解液流場78提高加工精度的途徑（3）改進電解液

NaNO3電解液+NaCl→生產(chǎn)率↑

電解液+絡(luò)合劑、光亮劑→Ra↓

NaCl電解液+磷酸鹽→成型精度↑79提高加工精度的途徑（3）改進電解液NaNO3電解液+Na提高加工精度的途徑（4）脈沖電流電解加工消除加工間隙內(nèi)電解液導(dǎo)電率的不均勻化。在兩個脈沖間隔時間內(nèi)，通過電解液的流動與沖刷，使間隙內(nèi)電解液的電導(dǎo)率分布基本均勻，從而使得工件陽極各處溶解速度均勻。對電解液起到攪拌作用，易排除產(chǎn)物使陰極在電化學(xué)反應(yīng)中析出的氫氣是斷續(xù)的、呈脈沖狀。80提高加工精度的途徑（4）脈沖電流電解加工80提高加工精度的途徑（5）混氣電解加工將一定壓力的氣體（主要是壓縮空氣）用混氣裝置使它與電解液混合在一起，使電解液成分為包含無數(shù)氣泡的氣液混合物，然后送入加工區(qū)進行電解加工。81提高加工精度的途徑（5）混氣電解加工將一定壓力的氣體（主要是提高加工精度的途徑（5）增加了電解液電阻率，減少雜散腐蝕，使電解液向非線性方面轉(zhuǎn)化。降低電解液粘度，改善流場例：圖示為混氣電解加工型孔的情況，

′s比

s大且′s與大氣相聯(lián)，故其間隙電阻比

s大的多，電流密度迅速減小。當間隙′s增加到一定數(shù)值，就可能制止電解作用，所以混氣電解加工存在著切斷間隙，加工孔時切斷間隙約為0.85~1.3mm。82提高加工精度的途徑（5）增加了電解液電阻率，減少雜散腐蝕，使混氣與不混氣電解加工效果對比當采用NaCl電解液進行電解加工時，由于雜散腐蝕嚴重，形成喇叭口，精度差，陰極需多次反復(fù)修正，實際上無法推廣使用；混氣電解加工可以提高電解加工的成型精度，簡化了陰極設(shè)計與制造，在實際應(yīng)用中獲得了較快的推廣。83混氣與不混氣電解加工效果對比當采用NaCl電解液進行電解加工提高加工精度的因素（6）小間隙加工突出部位蝕除速度va=C/

低凹部位蝕除速度v’a=C/(

+

)兩處蝕除速度之比

va/v’a=1+

/

加工間隙

小，凸出部分的去除速度將大大高于低凹處，提高了平整效果，即提高了加工精度。但液流阻力、電流密度增大，電解液升溫快、溫度高，電解液的壓力需很高，容易引起短路。84提高加工精度的因素（6）小間隙加工加工間隙小，凸出部分的