第四章電化學(xué)加工課內(nèi)習(xí)題及答案1．從原理和機(jī)理上來(lái)分析，電化學(xué)加工有無(wú)可能發(fā)展成為“納米級(jí)加工”或“原子級(jí)加工”技術(shù)？原則上要采用哪些措施才能實(shí)現(xiàn)？答：由于電化學(xué)加工從機(jī)理上看，是通過(guò)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(yáng)極溶解”而被去除來(lái)實(shí)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(jí)加工或原子級(jí)的精密、微細(xì)加工。但是真的要實(shí)現(xiàn)它，從技術(shù)上講還有相當(dāng)難度。主要是由于電化學(xué)加工的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)選擇性陽(yáng)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(jí)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(lái)還很不容易。2．為什么說(shuō)電化學(xué)加工過(guò)程中的陽(yáng)極溶解是氧化過(guò)程，而陰極沉積是還原過(guò)程？答：從電化學(xué)過(guò)程來(lái)說(shuō)，凡是反應(yīng)過(guò)程中原子失去電子成為正離子（溶入溶液）的，稱為氧化，反之，溶液中的正離子得到電子成為中性原子（沉積在陰極上）的稱為還原，即由正離子狀態(tài)還原成為原來(lái)的中性原子狀態(tài)。例如在精煉電解銅的時(shí)候，在電源正極上純度不高的銅板上的銅原子在電場(chǎng)的作用下，失去兩個(gè)電子成為Cu2+正離子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu2+正離子在陰極上，得到兩個(gè)電子還原成為原子而沉積在陰極上。3．原電池、微電池、干電池、蓄電池中的正極和負(fù)極，與電解加工中的陽(yáng)極和陰極有何區(qū)別？?jī)烧叩碾娏鳎ɑ螂娮恿鳎┓较蛴泻螀^(qū)別？答：原電池、微電池、干電池和蓄電池中的正極，一般都是較不活潑的金屬或?qū)щ婓w，而其負(fù)極，則為較活潑的金屬。例如干電池，正極為不活潑的石墨（碳）棒，負(fù)極為活潑金屬鋅，蓄電池的正極是不活潑的鉛。金屬與導(dǎo)電液體形成的微電池中的正極往往是不活潑的碳原子或雜質(zhì)。兩種活潑程度不同的金屬（導(dǎo)電體）在導(dǎo)電溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生電位差，電位較正的稱為“正極”，流出電流（流入電子流），電位較低的流入電流（流出電子流）。電解加工時(shí)人為地外部加以電源，接電源正極稱陽(yáng)極，接電源負(fù)極的稱陰極，陽(yáng)極表面流出電流（流入電子流），陰極表面流入電流（流出電子流），兩者的方向仍一致，見(jiàn)圖4-1。圖4-14．舉例說(shuō)明電極電位理論在電解加工中有什么具體應(yīng)用？答：電極電位理論在研究、分析電解加工中有很重要的作用，具體應(yīng)用在：1）分析電極上電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物在電解加工時(shí)，在陰陽(yáng)兩極都有電化學(xué)反應(yīng)，可能參與反應(yīng)的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產(chǎn)物H+、OH－。但真正能在電極上完成電化學(xué)反應(yīng)的是什么？則需要應(yīng)用電極電位理論加以分析判斷。即：在陽(yáng)極上，只有電極電位最“－”的離子才能參與反應(yīng)。2）估計(jì)某種金屬材料電解加工的質(zhì)量和可加工性每一種金屬材料都是由不同元素所組成（真正由單一元素組成的材料極少），而在電解加工時(shí)，人們希望陽(yáng)極金屬的電解過(guò)程是均勻的。只有這樣，加工表面的粗糙度值才會(huì)比較好，加工過(guò)程才能平穩(wěn)。如果陽(yáng)極金屬材料的組成元素其電極電位相差很大，則在電解加工中會(huì)由于一些元素的電極電位較“＋”，而不能及時(shí)溶解，使加工表面形成一些凸出點(diǎn)，造成加工表面粗糙度值增大。更為嚴(yán)重的是這種凸出的質(zhì)點(diǎn)會(huì)造成加工過(guò)程的短路、燒損電極，甚至使加工無(wú)法進(jìn)行。例如鑄鐵和高碳鋼中有C及Fe3C存在，它們的電極電位高達(dá)+0.37V，而Fe/Fe2+的電極電位僅為－0.59V，因此C及Fe3C在電解加工中幾乎無(wú)法被陽(yáng)極溶解而最終形成凸出質(zhì)點(diǎn)，從而造成鑄鐵、高碳鋼甚至滲碳鋼的電解加工可加工性很差。5．陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象在電解加工中是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)？舉例說(shuō)明。答：電極鈍化現(xiàn)象的存在，使電解加工中陽(yáng)極溶解速度下降甚至停頓。從生產(chǎn)率的角度出發(fā)人們不希望選用能產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的鈍化型電解液。但是，當(dāng)采用NaCl等非鈍化型電解液工作時(shí)，雖然生產(chǎn)率很高，但因?yàn)殡s散腐蝕嚴(yán)重，成形精度較差，嚴(yán)重影響了電解加工的應(yīng)用。而當(dāng)采用鈍化型電解液加工時(shí)，盡管電極工具的非工作面沒(méi)有絕緣，但當(dāng)加工間隙達(dá)到一定尺寸后，對(duì)應(yīng)的工件表面就會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，可以避免產(chǎn)生雜散腐蝕，提高加工精度，促進(jìn)電解加工的推廣應(yīng)用。電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象的存在而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它們利用了鈍化膜對(duì)金屬表面的保護(hù)作用，采用機(jī)械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點(diǎn)的鈍化膜被刮除，并迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護(hù)作用，使局部不被電解，最終使金屬表面的整平作用加快，可實(shí)現(xiàn)精加工。6．在厚度為64mm的低碳鋼鋼板上用電解加工方法加工通孔，已知陰極直徑φ24mm，端面平衡間隙Δb＝0.2mm。求：（1）當(dāng)陰極側(cè)面不絕緣時(shí)，加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？（2）當(dāng)陰極工具側(cè)面絕緣，且陰極側(cè)面工作圈高度b=1mm時(shí)，所加工出的孔徑是多少？D1D2答：（1）當(dāng)陰極側(cè)面不絕緣時(shí)，加工出的孔是喇叭口狀，其孔縱剖面?zhèn)缺跒橐粧佄锞€（見(jiàn)圖4-2），設(shè)其上部直徑為D1，下部尺寸為D1D2D2=d+2Δb=(24+2×0.2)mm=24.4mm（2）當(dāng)陰極工具側(cè)面絕緣，并有b=1mm的工作圈時(shí)，上、下孔的尺寸為：圖4-2)mm7．電解加工（如套料、成形加工等）的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)和電火花加工的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)有何異同？為什么會(huì)形成這些不同？答：一般電解加工自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)主要是控制均勻等速的進(jìn)給速度，它的大小是事先設(shè)定的。進(jìn)給速度的大小與端面平衡間隙有直接關(guān)系（雙曲線關(guān)系），而端面平衡間隙又直接影響到陰極形狀（成形加工時(shí)）。在正常電解加工時(shí)，主要依照電流的大小來(lái)進(jìn)行控制，但在電極開(kāi)始進(jìn)入或即將退出工件時(shí)，由于加工面積的變化，則不能按照電流的大小進(jìn)行控制。電火花加工的自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)的目的是保證某一設(shè)定加工間隙（放電狀態(tài)）的穩(wěn)定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線來(lái)工作的，它的進(jìn)給速度不是均勻等速的。之所以形成這種不同的進(jìn)給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進(jìn)給速度大，平衡間隙變小。在進(jìn)給方向、端面上不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進(jìn)給速度稍大于蝕除速度，極易引起短路，所以必須調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以保證放電間隙。8．電解加工時(shí)，何謂電流效率？它與電能利用率有何不同？如果用12V的直流電源(如汽車蓄電池)作電解加工，電路中串聯(lián)一個(gè)滑桿電阻來(lái)調(diào)節(jié)電解加工時(shí)的電壓和電流(例如調(diào)到兩極間隙電壓為8V)，問(wèn)：這樣是否會(huì)降低電解加工時(shí)的電流效率？為什么？答：電解加工時(shí)的電流效率是指按照法拉第電解定律所計(jì)算出的理論金屬蝕除量與實(shí)際金屬蝕除量之比。由于在電解加工陽(yáng)極溶解的同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)如析氧等副反應(yīng)，因此電解加工時(shí)電流效率一般小于1。電能利用率是指電源輸入的總能量在電解加工中用了多少，在其它方面（如線路損耗）又用了多少。如題所示，利用滑桿電阻可以調(diào)節(jié)電解加工時(shí)的輸入電流、電壓，而滑桿電阻本身產(chǎn)生的熱損耗與電解加工無(wú)關(guān)?；瑮U電阻的熱損耗愈大，電能利用率愈低。而經(jīng)過(guò)滑桿電阻調(diào)節(jié)電壓、電流之后進(jìn)行電解加工時(shí)，它的電流效率并沒(méi)有變化，仍然是按照法拉第電解定律計(jì)算，與其它因素?zé)o關(guān)。9．電解加工時(shí)的電極間隙蝕除特性與電火花加工時(shí)的電極間隙蝕除特性有何不同？為什么？答：電解加工時(shí)，電極間隙蝕除特性曲線是一條雙曲線，即（常數(shù)）如圖4-3a所示；而電火花加工的蝕除特性曲線則是一條蝕除速度在起點(diǎn)和終點(diǎn)都為零的上凸二次曲線，如圖4-3b所示。電解加工電極間隙電解加工電極間隙Δ蝕除速度a電火花加工放電間隙Δs蝕除速度wb)圖4-3電解加工時(shí)，只要電極不發(fā)生短路，電極間隙愈小，陽(yáng)極工件的蝕除速度就愈高，生產(chǎn)率就愈高；反之，當(dāng)電極間隙變大時(shí)，蝕除速度將下降。電火花加工時(shí)，當(dāng)放電間隙為零時(shí)，蝕除速度也為零。其實(shí)，當(dāng)放電間隙很小時(shí)，排屑困難，短路率增加，蝕除速度將大大下降，甚至無(wú)法正常加工；而當(dāng)放電間隙過(guò)大時(shí)，間隙無(wú)法擊穿，蝕除速度也為零（相當(dāng)于非線性電解液中電解加工時(shí)有一“切斷間隙”）。10．如何用電極間隙的理論進(jìn)行電解加工陰極工具的設(shè)計(jì)？A1B1CA1B1C1B2C2A2Δbv式中Δn——法向平衡間隙；Δb——端面平衡間隙；——法線方向與進(jìn)給方向的夾角。由此，在已知端面平衡間隙Δb的情況下，可以利用作圖法（稱為法）設(shè)計(jì)電極。圖4-4步驟如下：已知工件形狀及端面平衡間隙Δb1）在工件輪廓線上取A1、A2…點(diǎn)；2）過(guò)A1、A2…作法線及與進(jìn)給方向相平行的直線；3）在與進(jìn)給方向相平行的線上取A1C1＝A2C2＝…＝Δb；4）過(guò)C1，C2，…作垂線，與各點(diǎn)法線的交點(diǎn)為B1，B2，…；5）連接B1，B2，…即為陰極工具輪廓。二、課外習(xí)題及答案（一）是非題（“√”表示正確，“×”表示錯(cuò)誤）1．電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，金屬的電極電位越負(fù)，越易失去電子變成正離子溶解到溶液中去。（√）2．氯化鈉電解液在使用中，氯化鈉成分不會(huì)消耗，不必經(jīng)常添加補(bǔ)充。（√）3．法拉第電解定律認(rèn)為電解加工時(shí)電極上溶解或析出的物質(zhì)的量與通過(guò)的電量成正比，它也適用于電鍍。（√）4．用線性電解液進(jìn)行電解加工，可獲得較高的加工精度。（×）5．電解加工時(shí)，串聯(lián)在回路中的降壓限流電阻使電能變成熱能而降低電解加工的電流效率。（×）（二）填充題1．工件為鐵，工具為銅，在NaCl電解液中進(jìn)行電解加工時(shí)，陽(yáng)極生成（Fe（OH）2），陰極生成H2，但電解液內(nèi)最終生成物是（Fe（OH）3）。2．電解加工采用（低）電壓、（大）電流的（直）流電源、常用的有（直流發(fā)電機(jī)組）、（硅整流電源）和（晶閘管電源）。3．電解加工必須有足夠的流速，約在（10）m/s以上，為的是（把氫、氫氧化物等電解產(chǎn)物沖走，并把加工區(qū)產(chǎn)生的熱量帶走）。4．將普通磨床改裝為電解磨床，主要改裝工作有：（將普通砂輪改用導(dǎo)電砂輪）、（增加電刷導(dǎo)電裝置）、（使砂輪軸與機(jī)床絕緣）、（使工件、夾具體與機(jī)床絕緣）以及（增加防護(hù)罩、排風(fēng)和電解液銹蝕、過(guò)濾裝置）等。（三）選擇題1．用銅電極電解加工鋼，在陰極主要生成：a．H2；b．O2；c．Cl2；d．Na。而電解液中最后生成物是：a．FeCl2；b．NaCl；c．Fe（OH）2；d．Fe（OH）3。（a；d）2．需加工一批葉片型面，精度為0.1mm，表面粗糙度Ra<0.4μm，應(yīng)選用：a．電火花成形加工；b．三維線切割加工；c．電解加工；d．化學(xué)加工。（c）3．有一批內(nèi)孔φ15+0.01mm，長(zhǎng)50mm的合金鋼套，需去除磨削內(nèi)孔后表面變質(zhì)層和改善表面粗糙度，應(yīng)采用：a．電解磨削；b．超聲研磨；c．?dāng)D壓研磨；d．電解拋光；e．化學(xué)拋光。（c）4．一批不銹鋼內(nèi)齒輪，需去除插齒時(shí)留在端面上的毛刺，應(yīng)選用：a．電解去毛刺；b．磨削噴射去毛刺；c．?dāng)D壓珩磨去毛刺；d．液力加工去毛刺。（a）（四）名詞解釋1．切斷電流密度ia答：在電解加工中，當(dāng)電流密度小于ia時(shí)，電流效率η=0即加工速度為零，則ia稱切斷電流密度。2．電解加工中復(fù)制精度答：為加工后工件尺寸形狀與陰極尺寸形狀之偏差。3．電解加工中重復(fù)精度答：用同一工具陰極加工的一批工件間尺寸形狀的偏差。4．電解加工的平衡間隙答：當(dāng)電解加工一定時(shí)間后，工件的溶解速度υL和陰極的進(jìn)給速度υ相等，加工過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的加工間隙為平衡間隙Δb。5．混氣電解加工答：在氣液混合器中將一定壓力的氣體混合成含無(wú)數(shù)小氣泡的電解液再進(jìn)入間隙進(jìn)行加工的方法，可改善電解液性能，提高復(fù)制精度。6．線性電解液答：例如NaCl電解液，其電流效率為接近100%的常數(shù)，加工速度υL與電流密度i曲線為通過(guò)原點(diǎn)的直線(υ1=ηωi)，生產(chǎn)率高，但存在雜散腐蝕，加工精度差。NaClNaClONaClNaClO3NaNO3ia1ia2i0υL答：例NaClO3、NaNO3電解液，其電解效率η不是常數(shù)，υL-i曲線為不同過(guò)原點(diǎn)的曲線。當(dāng)電流密度小于切斷電流密度ia時(shí)，加工速度為零，加工精度高，沒(méi)有雜散腐蝕，加工生產(chǎn)率低。8．復(fù)合加工答：把兩種特種加工方法復(fù)合在一起，或者把一種或兩種特種加工方法與常規(guī)機(jī)械加工方法復(fù)合在一起，從而使之成為相輔相成，相得益彰的加工工藝，例電解電火花加工（ECDM）、電解電火花機(jī)械磨削（ECDMG）等。（五）計(jì)算題1．用NaCl電解液加工低合金鋼（體積電化當(dāng)量ω=2.22mm3/A·min），當(dāng)電流為900A時(shí)，加工4min，求工件去除體積V是多少？解：根據(jù)法拉第定律V=ηωIt鋼的體積電化當(dāng)量ω=2.22mm3/A·min電流I=900A加工時(shí)間t=4minNaCl電解液的電流效率η=1工件去除的體積V=1×2.22×900×4mm3=7992mm3用NaCl電解液加工低合金鋼（體積電化當(dāng)量ω=2.22mm3/A·min），當(dāng)電流為900A時(shí)，若工件面積S=200mm2，求陰極的進(jìn)給速度？解：加工電流密度i=I/S=900/500A/mm3=1.8A/mm3陰極進(jìn)給速度υ=ηωiNaCl電解液的電流效率η=1；ω=2.22mm3/A·min；陰極進(jìn)給速度υL=1×2.22×1.8mm/min=4mm/min 30°υcAB用10%NaCl電解液加工高溫合金。已知外電壓E=12V，陰極壓降δE=2V，陰極進(jìn)給速度υc=0.3mm/min，電導(dǎo)率k=0.1501/Ω?cm，電化當(dāng)量ω=1.5mm3/A·min30°υcAB解：η=100%；ω=1.5mm3/A·min；k=0.1501/Ω?cm=0.01501/Ω?mmυR=E-δE=(12-2)V=10Vυc=0.3mm/minθ=30oA點(diǎn)的平衡間隙Δb=ηωkUR/υc=1×0.01501×1.5×10/0.8mm=0.281mmB點(diǎn)的法向平衡間隙Δm=Δb/cosθ=0.281/cos30omm=0.325mmDΔbΦ40Δsb用側(cè)面絕緣的陰極電解法加工淬火鋼上的型孔，陰極直徑為φ40mm；工作刃圈b=1.5mm；電解液NaCl溶液外加電壓E=14V；陰極壓降δE=2V，鋼的體積電化當(dāng)量ω=2.22mm3/A·min，電導(dǎo)率k=0.2/Ω?cm；陰極進(jìn)給速度υDΔbΦ40Δsb解：已知：NaCl電解液電流效率η=1；ω=2.22mm3/A·min；k=0.2/Ω?cm；υR=E-δE=14-2=12V；υc=2mm/min；b=1.5mm；陰極直徑d=φ40mm。端面平衡間隙Δb=ηωkUR/υc=1×2.22×0.5×12/2mm=0.266mm側(cè)面間隙Δs=Δb=0.266mm=0.932mm加工孔直徑D=d+2Δs=(40+2×0.93)mm=41.864mm（六）問(wèn)答題1．電解加工的基本原理如何？答：電解加工就是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的原理將零件加工成形的。加工時(shí)，工件接直流電源正極，稱為陽(yáng)極，工具接直流電源的負(fù)極，稱為陰極。二極間電壓為6～21V，兩極間保持一定間隙（0.1～1mm），電解液以較高的流速（5～60m／s）從兩極之間的間隙中流過(guò)，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，使工件表面金屬不斷產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而溶解到電解液中。電解產(chǎn)物被電解液帶走，工具電解不斷向工件恒速進(jìn)給，工件不斷溶解，使工件與工具各處間隙趨于一致，工具陰極的形狀復(fù)印在工件上。因工件毛坯的形狀與工具陰極不一致，兩極間距離近的地方，通過(guò)的電流密度大，金屬溶解速度快，由于陰極不斷進(jìn)給，工具陰極表面形狀就復(fù)印在工件上。2．電解加工有什么優(yōu)點(diǎn)？適用于加工什么零件？答：優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB3①能以簡(jiǎn)單的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出復(fù)雜的型腔、型面和型孔。=2\*GB3②可加工各種金屬，與被加工材料的硬度、強(qiáng)度、韌性無(wú)關(guān)，常用來(lái)加工高溫合金、鈦合金、淬火鋼、不銹鋼及硬質(zhì)合金等難加工材料。=3\*GB3③加工中不產(chǎn)生加工變形和應(yīng)力；適用于加工易變形薄壁零件。=4\*GB3④由于電解加工所用電流密度較高（10～100A／m2），生產(chǎn)率高約為電火花加工的5～10倍，進(jìn)給速度為0.3～1mm／min。=5\*GB3⑤加工后零件表面無(wú)殘余應(yīng)力、無(wú)刀痕、毛刺，能得到表面粗糙度值較小的表面（Ra＝0.8～0.2μm），并具有一定的加工精度（±(0.03~0.1)mm）。=6\*GB3⑥加工中陰極沒(méi)有損耗，適于成批加工。缺點(diǎn)：=1\*GB3①加工精度比電火花加工低，形狀越復(fù)雜，精度越低。=2\*GB3②加工圓角半徑>0.2mm，不易清棱清角。=3\*GB3③加工復(fù)雜型面時(shí)，陰極設(shè)計(jì)、制造較費(fèi)事，因而單件小批量生產(chǎn)的應(yīng)用受到限制。=4\*GB3④電解加工附屬設(shè)備多，除主機(jī)及電源外，還需電解液系統(tǒng)、電解產(chǎn)物處理設(shè)備等。設(shè)備均需考慮防腐問(wèn)題，設(shè)備占地面積大、投資多。電解加工主要用于成批生產(chǎn)條件下，難切削材料和復(fù)雜型面、型腔、異型孔和薄壁零件的加工，還可用于表面拋光、去毛刺、刻印、磨削、珩磨、車削等。例各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、整體葉輪、異型零件模具均可應(yīng)用電解加工。3．金屬鐵在電解加工中是怎樣被去除的？出現(xiàn)怎樣的電極過(guò)程和電極反應(yīng)？答：設(shè)工件鐵接陽(yáng)極，工具銅接陰極，在NaCl電解液中進(jìn)行電解加工。=1\*GB3①NaCl在水中電離：NaClNa++Cl-H2OH++OH-當(dāng)二極上加上12V電壓時(shí)，負(fù)離子趨向陽(yáng)極，正離子趨向陰極。=2\*GB3②陽(yáng)極上發(fā)生鐵的的溶解：Fe→Fe2++2eFe2++2OH-→Fe(OH)2↓Fe(OH)2為墨綠色絮狀物，隨著電解液的流動(dòng)而被帶走，同時(shí)4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓同時(shí)Cl-與Fe2+形成可逆反應(yīng)，Cl-并不見(jiàn)少Fe2+ +2Cl-FeCl2=3\*GB3③陰極反應(yīng)為氫氣的析出2H++2e→H2↑而Na+由于電極電位較負(fù)，一般不會(huì)放電析出?？梢?jiàn)在電解加工中陽(yáng)極的鐵不斷以Fe2+的形式被溶解，最后生成Fe(OH)3被除去，陰極則產(chǎn)生氫氣，水不斷被消耗而Na+和Cl-并沒(méi)有消耗，只要過(guò)濾干凈，定期補(bǔ)充水分，可以長(zhǎng)期使用。4．試述法拉第定律在電解加工中的應(yīng)用：υc=ηωi，此式的物理意義如何？答：式υc=ηωi表示電解加工進(jìn)給速度υd與電流效率η單位電量的體積去除量（即體積電化當(dāng)量）ω及電流密度成正比。ω與被加工材料有關(guān)，可查表，η與電解液、被加工材料等有關(guān)，接近100％，當(dāng)電解液、工件材料都一定時(shí)，加工進(jìn)給速度υc與電流密度i成正比，即可以改變進(jìn)給速度來(lái)調(diào)節(jié)電流密度i（當(dāng)陰極恒速進(jìn)給時(shí)，υc即為陰極進(jìn)給速度）。5．什么是平衡間隙？平衡間隙公式Δb=的物理意義及其應(yīng)用如何？答：當(dāng)進(jìn)行電解加工一定時(shí)間后，工件的溶解速度υz和陰極進(jìn)給速度υc相等,加工過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)的加工間隙為平衡間隙△b。當(dāng)加工材料及電解液確定后，電流效率η、體積電化當(dāng)量ω及間隙電導(dǎo)率k為定值，則平衡間隙主要決定于間隙歐姆壓降η=U-δE（U為外加電壓，δE為陰／陽(yáng)極電壓降之和，約為2~3V）及陰極進(jìn)給速度υc。當(dāng)外加電壓確定以后，UR為常值，則△b僅與進(jìn)給速度υc成反比。平衡間隙理論的應(yīng)用：①計(jì)算加工時(shí)的各種間隙，如端面、斜面、側(cè)面的間隙。可以根據(jù)陰極的形狀來(lái)推算加工工件的形狀和尺寸。也可以按工件的形狀尺寸來(lái)計(jì)算陰極的形狀和尺寸。②分析加工精度及誤差。③選擇加工參數(shù)，如加工電壓，進(jìn)給速度，電解液濃度、溫度等。υnυΔnΔb（－）(＋)bΔsyxυxx0bΔsx0h6、法向間隙和側(cè)面間隙的意義及計(jì)算方法答：當(dāng)加工表面的法線與進(jìn)給速度方向不一致，而成夾角，加工面上各點(diǎn)的法向進(jìn)給速度υn=υcos,代入平衡間隙公式。則法向平衡間隙△n＝＝，即法向平衡間隙比端面平衡間隙大1/cos倍。當(dāng)陰極側(cè)面不絕緣時(shí)，側(cè)壁存在雜散腐蝕，出現(xiàn)拋物線喇叭口，側(cè)向間隙△s隨加工深度y的增加而加大，可推出以下公式：△s＝△b當(dāng)側(cè)壁絕緣時(shí)，側(cè)向間隙△s則與工作圈的高度b及端面平衡間隙有關(guān)：△s＝△b7．常用電解液：NaCl、NaNO3、NaClO3各自的性能特點(diǎn)怎樣？答：①NaCl水溶液電流效率η高達(dá)100%，生產(chǎn)率高、適應(yīng)性廣、可加工各種金屬、低廉、易得、消耗極少，但雜散腐蝕大，用于要求生產(chǎn)率高而精度不很嚴(yán)格的情況下，對(duì)機(jī)床設(shè)備腐蝕性大。常稱之為線性電解液。②NaNO3水溶液為非線性電解液，沒(méi)有雜散腐蝕，成形精度高，對(duì)機(jī)床設(shè)備腐蝕性小，使用安全，價(jià)格也不很高，但電流效率η低，生產(chǎn)率不高，耗電多。③NaClO3為非線性電解液，雜散腐蝕小、加工精度高、電流效率較高、加工表面粗糙度值較小，但價(jià)格高，并是強(qiáng)氧化劑，在干燥狀態(tài)下遇火花易劇烈燃燒，使用時(shí)要注意安全。NaClNaClNaClO3NaNO3ia1ia2i0υL8．什么叫做線性電解液和非線性電解液？NaClNaClO3NaNO3i0η100%答：線性電解液的電流效率η＝100%，不隨電流大小的變化而變化（i－η曲線），從υL－NaClNaClO3NaNO3i0η100%非線性電解液的η不是常數(shù)，其υL－i曲線不通過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)電流密度小于“切斷電流密度”ⅰa時(shí)，電流效率η＝0，加工速度則為0，此時(shí)的間隙稱“切斷間隙”，當(dāng)間隙大于切斷間隙時(shí)不再產(chǎn)生金屬的陽(yáng)極溶解。9．反映電解液的成形精度主要有哪些性能答：①雜散腐蝕電解液的雜散腐蝕越大，表示電解能力越強(qiáng)，成形精度越低，如NaCl，反之像NaClO3、NaNO3等純化學(xué)性電解液雜散腐蝕小，成形精度高。 ②電流效率η NaCl的η為100%，不隨電流密度變化而變化，生產(chǎn)效率高，成形精度低。η低時(shí)則成形精度高。 =3\*GB3③非線性特性 非線性電解液υL－ⅰ曲線不通過(guò)原點(diǎn)，有一個(gè)“切斷電流密度”ⅰa。ⅰa越大、非線性越好、成形精度也越高。10、電解加工參數(shù)對(duì)加工精度有什么影響？答：電解加工的精度可分為：復(fù)制精度和重復(fù)精度二種。①?gòu)?fù)制精度：即工件尺寸形狀與陰極尺寸形狀之差。復(fù)制精度與加工參數(shù)的關(guān)系：a．加工間隙越小，復(fù)制精度越高。b．電解液濃度低時(shí)，復(fù)制精度高。c．非線性電解液比線性電解復(fù)制精度高。非線性特性愈好，復(fù)制精度愈高。d．提高間隙內(nèi)電解液流速和流動(dòng)的均勻性，有助于提高復(fù)制精度。②影響重復(fù)精度的因素：重復(fù)精度是指被加工的一批零件之間的尺寸形狀的相對(duì)誤差。要求所有加工參數(shù)都要穩(wěn)定，任何一項(xiàng)參數(shù)的變化都會(huì)影響重復(fù)精度，由平衡間隙公式△b＝ηωURk/υ中來(lái)分析：a．應(yīng)合理選擇電解液的成分、濃度、溫度、流動(dòng)、流速，并應(yīng)保持電解液的清潔程度，以保證η及k的不變及δE不變。ｂ．要求保證間隙電壓UR穩(wěn)定不變。外加電源穩(wěn)壓精度應(yīng)不大于1%～2%。ｃ．要求陰極進(jìn)給速度穩(wěn)定不變，變化率小于5％。11．什么是混氣電解加工？有什么特點(diǎn)？混氣對(duì)提高加工精度有什么好處？答：在特制的氣液混合器中，將一定壓力的壓縮空氣與電解液混合，使電解液中含有大量小氣泡，然后送入加工間隙進(jìn)行電解加工，這種方法稱混氣電解加工。特點(diǎn)：①增加了電解液的電阻率，減少了雜散腐蝕，提高了電解液的“非線性”特性。由于氣體不導(dǎo)電，混入電解液后增加了電阻率，而且電阻率隨壓力大小而變化，間隙小，壓力大，氣泡小、電阻率小、電解作用強(qiáng)。間隙大，壓力小，氣泡大、電阻率大、電解作用弱。間隙大到一定值時(shí)，停止電解，出現(xiàn)“切斷間隙”，因此可以得到高的加工精度。②混氣后，降低了電解液的密度和粘度，使流速增大，流場(chǎng)趨于均勻，并且由于氣泡對(duì)電解液的攪動(dòng)作用，易消除死水區(qū)。③生產(chǎn)效率明顯下降，為不混氣的1/3~1/2。混氣電解加工可提高電解加工的精度，可用反拷法制造陰極，使陰極的設(shè)計(jì)制造過(guò)程大大簡(jiǎn)化。12．對(duì)電解加工機(jī)床有什么特殊要求答：①對(duì)機(jī)床要求有足夠的剛度。因電解液壓力為1MPa左右，作用在工件、機(jī)床工作臺(tái)和主軸上，造成機(jī)床—工具電極—工件系統(tǒng)受很大的作用力，極易引起變形造成短路，故要求機(jī)床有足夠大的剛度。②陰極進(jìn)給速度應(yīng)穩(wěn)定。③應(yīng)考慮防腐和絕緣措施。④要有通風(fēng)排氣設(shè)備，以排除電解加工中產(chǎn)生的大量氫氣。13．電解加工電源的種類和基本原理答：①直流發(fā)電機(jī)組由交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)發(fā)出直流電。電量經(jīng)二次轉(zhuǎn)換，效率較低，噪聲大、占地面積大、不宜頻繁啟動(dòng)，但可無(wú)級(jí)調(diào)壓，性能參數(shù)穩(wěn)定，使用可靠。早期應(yīng)用，現(xiàn)在不大用。②硅整流電源利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦詠?lái)實(shí)現(xiàn)整流，用飽和電抗器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的電源，運(yùn)行可靠，比較笨重，反應(yīng)靈敏性較差，制造工藝也比較復(fù)雜。③晶閘管整流電源整流與調(diào)壓統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、反應(yīng)靈敏。14．試解釋法拉第定律中所說(shuō)電解時(shí)電極上溶解或析出物質(zhì)的量只與電解電流的大小和時(shí)間（電量）成正比。而與電解電壓高低、電路中的電阻的大小以及電解液的濃度、溫度等無(wú)關(guān)。答：因?yàn)殡娊猓ɑ螂婅T）時(shí)，電極上所以能溶解或析出金屬或非金屬，都是因?yàn)殡姌O和電解液間有電子得失交換。例如要使陽(yáng)極上的一個(gè)鐵原子成為二價(jià)鐵離子溶入，則必須要從陽(yáng)極上交出（取走）二個(gè)電子（如為三價(jià)離子溶入，則必須取走三個(gè)電子），同樣在陰極上要析出一個(gè)氫分子（H2）,必須在陰極上獲得2個(gè)電子。因此此電化學(xué)反應(yīng)的必然只和電子得失、交換的數(shù)量（即電量）成正比，而理論上與電壓、電阻、電解液的濃度無(wú)關(guān)。電源電壓高，則電流大；回路中電阻大，則發(fā)熱、損耗多，在電源電壓不變的情況下則電流小。起電解作用的直接因素是電流，其它電壓、濃度、溫度等因素都是間接的。15．電解加工時(shí)，何謂電流效率？它與電能利用率有何不同？答：電流效率是實(shí)際所需電量（電流×?xí)r間）與按法拉第電解定律計(jì)算的理論電量之比值，亦即實(shí)際金屬蝕除量與按法拉第電解定律計(jì)算的理論蝕除量之比值。在電解蝕除某一金屬時(shí)，（嚴(yán)格說(shuō)是某一價(jià)金屬，例如二價(jià)鐵時(shí)），理論與實(shí)際蝕除量之差是由于在電解金屬時(shí)同時(shí)產(chǎn)生了其它副反應(yīng)，如析氧或以高價(jià)離子溶解，從而額外消耗了一些電子（電量）；而當(dāng)產(chǎn)生晶界電子腐蝕時(shí)，有些小的金屬顆粒被成塊的電解下來(lái)，反而能節(jié)省電量。如上所述，電流效率僅指電解時(shí)多大的電量能電解出多少金屬，它與電源電壓、回路中電阻大小、是否可以發(fā)熱損失等無(wú)直接關(guān)系?；芈分须娮璐?、發(fā)熱多，為獲得一定電流必須提高電壓，這樣將損失有效功率和能量，從而降低了電能利用率，而不能在概念上與電流效率混為一談。16．電解加