1、第六讲第六讲 电解加工电解加工 Electrochemical MachiningECM 5.1概述概述5.1.1.电解加工原理和特点电解加工原理和特点1.电解加工电解加工利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理，去利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理，去除工件材料的除工件材料的特种加工特种加工。电解加工电解加工起源于起源于20世纪世纪50年代苏联科学家进行的年代苏联科学家进行的“以金属局部以金属局部高速溶解为基础的电化学加工高速溶解为基础的电化学加工”的实验研究。的实验研究。我国最早开展电解加工时称电解加工为我国最早开展电解加工时称电解加工为“电液压加工电液压加工”。顾名。顾名思义，这是一种在高
2、压力、高流速条件下进行的电化学过程思义，这是一种在高压力、高流速条件下进行的电化学过程。电解加工处理的是导体材料。电解加工处理的是导体材料。基于电解原理，基于电解原理，是一种非接触加工是一种非接触加工。加工时，工件接电源的正极，工具接电源的负极加工时，工件接电源的正极，工具接电源的负极，在阳极和阴，在阳极和阴极之间有流动的电解质溶液，侵蚀掉的金属材料以金属氢氧化极之间有流动的电解质溶液，侵蚀掉的金属材料以金属氢氧化物的形式通过溶液的流动去除物的形式通过溶液的流动去除。电解加工应用广泛，例如汽车、理疗器械、航天飞机以及其他电解加工应用广泛，例如汽车、理疗器械、航天飞机以及其他的金属加工行业等等。
3、的金属加工行业等等。为了进一步拓展电解加工的应用，发展了为了进一步拓展电解加工的应用，发展了PECM，可以对工件，可以对工件进行更精确的进行更精确的3D加工。加工。ECM设备模块化。设备模块化。例：在NaCl水溶液中电解加工铁基合金水(H2O)NaCl解离阳极反应时的电极电位E负的氯离子被阳极吸引负的氢氧根离子被阳极吸引正的二价或三价铁离子溶解进入电解液中生成沉淀而离开反应系统，沉淀为墨绿色的絮状物生成沉淀而离开反应系统，沉淀为墨绿色的絮状物逐渐氧化为逐渐氧化为的黄褐色沉淀的黄褐色沉淀(铁锈铁锈)Fe2+阴极反应时的电极电位E正的氢离子被吸引到阴极表面正的钠离子被吸引到阴极表面在电解液不流动或
4、者流速很小的一般电化学过程中，电流在电解液不流动或者流速很小的一般电化学过程中，电流密度很小，约几安每平方米，而电解加工的电流密度必须密度很小，约几安每平方米，而电解加工的电流密度必须达到几十安每平方厘米，才能完成有一定效率的成型加工。达到几十安每平方厘米，才能完成有一定效率的成型加工。与一般电化学过程的区别在于电解液的高速流动使电化与一般电化学过程的区别在于电解液的高速流动使电化学过程极大的强化学过程极大的强化。只有当极间距小于只有当极间距小于0.05mm1mm，在高速流动（流速大于，在高速流动（流速大于5m/s）的电解液中，电流的电解液中，电流密度密度才会随间隙的减小显著增加，或者说溶解才
5、会随间隙的减小显著增加，或者说溶解速度才会显著增大，并且呈一定的对应关系，间隙小的地方工件速度才会显著增大，并且呈一定的对应关系，间隙小的地方工件阳极溶解的快，间隙大的地方溶解得慢，在一定的外电源电压下，阳极溶解的快，间隙大的地方溶解得慢，在一定的外电源电压下，随着电极的不断送进，才有可能使阴极的形状随着电极的不断送进，才有可能使阴极的形状“复制复制”到工件上。到工件上。电解加工成型原理示意图电解加工成型原理示意图无论是无论是copy电解加工还是数控展成电解加工，都必电解加工还是数控展成电解加工，都必须 保 证 一 定 的 电 解 液 压 力，一 般 要 求 达 到须 保 证 一 定 的 电
6、解 液 压 力，一 般 要 求 达 到0.5MPa2.5MPa，则 相 应 的 电 解 液 流 速 为，则 相 应 的 电 解 液 流 速 为5m/s50m/s，电流密度为，电流密度为10A/cm2，槽压为，槽压为5V20V，加工间隙保持在，加工间隙保持在0.05mm1.0 mm之间。之间。提供上述加工参数加工参数的基本硬件条件是机床、提供上述加工参数加工参数的基本硬件条件是机床、电源、电解液系统电源、电解液系统电解加工装置原理图电解加工装置原理图电解加工的基础是阳极溶解电解加工的基础是阳极溶解。发生在阳极和阴极间隙很。发生在阳极和阴极间隙很小，而间隙中电流密度很大，电解液流速很高。小，而间隙
7、中电流密度很大，电解液流速很高。直直流流电电源源2.电解加工的特点电解加工的特点（1）生产率高）生产率高约为约为电火花加工电火花加工的的5倍倍10倍，在一定条件下比切削加工的生产率还高，如复倍，在一定条件下比切削加工的生产率还高，如复杂型孔、型面和型腔一次成型，且加工生产率与加工精度和表面粗糙度没有制杂型孔、型面和型腔一次成型，且加工生产率与加工精度和表面粗糙度没有制约关系，这样就有可能创造条件使上述三项工艺指标同时得到提高。约关系，这样就有可能创造条件使上述三项工艺指标同时得到提高。（2）加工范围广）加工范围广不受金属材料本身硬度、强度和韧性的限制，加工薄壁、弹性等零件效果显著不受金属材料本
8、身硬度、强度和韧性的限制，加工薄壁、弹性等零件效果显著（3）表面质量好）表面质量好因为无切削力，不会产生残余应力；因为是常温下电化学溶解，不会产生表面因为无切削力，不会产生残余应力；因为是常温下电化学溶解，不会产生表面变质层，没有显微裂纹，没有冷作硬化层；没有飞边毛刺，表面粗糙度好，一变质层，没有显微裂纹，没有冷作硬化层；没有飞边毛刺，表面粗糙度好，一般可达到般可达到Ra1.25m0.08m。（4）工具阴极理论上不消耗）工具阴极理论上不消耗电解加工的主要缺点表现在：电解加工的主要缺点表现在：（1）加工精度和加工稳定性还不够高）加工精度和加工稳定性还不够高比如打孔或者套料加工，可保证加工偏差在比
9、如打孔或者套料加工，可保证加工偏差在0.05mm0.025mm范围范围内；加工三维型面和型腔，保持在内；加工三维型面和型腔，保持在0.10mm以内的偏差就有较大困难以内的偏差就有较大困难。（2）附属设备多，占地面积较大）附属设备多，占地面积较大（3）机床需有足够的刚性和防腐蚀性机床需有足够的刚性和防腐蚀性（4）成本较高，不适宜于单间小批量生产成本较高，不适宜于单间小批量生产。5.2电解加工的应用电解加工的应用5.2.1.电解液电解液1.电解液的作用电解液的作用电解液是电解池的基本组成部分，是产生电解加工阳极溶解电解液是电解池的基本组成部分，是产生电解加工阳极溶解的载体。其主要作用如下：的载体。
10、其主要作用如下：(1)与工件阳极及工具阴极组成进行电化学反应的电极体系，实现与工件阳极及工具阴极组成进行电化学反应的电极体系，实现所要求的电解加工过程，同时也是电解池中传送电流的介质所要求的电解加工过程，同时也是电解池中传送电流的介质(2)排除电解产物，控制极化，使阳极溶解能正常连续进行。排除电解产物，控制极化，使阳极溶解能正常连续进行。(3)带走电解加上过程所产土的热量，使加工区不致过热而引起沸带走电解加上过程所产土的热量，使加工区不致过热而引起沸腾蒸发、以保证正常的加工。腾蒸发、以保证正常的加工。2.电解液的类型电解液的类型当前生产中常用的电解液为当前生产中常用的电解液为NaCl、NaNO
11、3和和NaClO3三种，在三种，在复合电解液中也以此中的相互复合居多。三种电解液的性能复合电解液中也以此中的相互复合居多。三种电解液的性能、特点及应用范围见表。、特点及应用范围见表。项目项目NaClNaNO3NaClO3常用浓度常用浓度250g/L以内以内400g/L以内以内450g/L以内以内表面粗糙表面粗糙度度与电流密度、流速及加工与电流密度、流速及加工材料有关，一般为材料有关，一般为Ra=0.86.3m在同样条件下低于在同样条件下低于NaCl电电解液解液在同样条件下低于在同样条件下低于NaCl和和 NaNO3电解电解液液加工精度加工精度较低较低较高较高高高表面质量表面质量加工镍基合金易产
12、生晶界加工镍基合金易产生晶界腐蚀，加工钛合金易产生腐蚀，加工钛合金易产生点蚀坑点蚀坑一般不产生晶界腐蚀但电一般不产生晶界腐蚀但电流密度低时也会产生点蚀流密度低时也会产生点蚀杂散腐蚀最小，一杂散腐蚀最小，一般也不会产生点蚀，般也不会产生点蚀，已加工面耐蚀性较已加工面耐蚀性较好好耐蚀性耐蚀性强强较弱较弱弱弱安全性安全性安全、无毒安全、无毒助燃（氧化剂）助燃（氧化剂）助燃（强氧化剂）助燃（强氧化剂）稳定性稳定性加工过程较稳定、组分及加工过程较稳定、组分及性能基本不变性能基本不变加工过程加工过程pH值缓慢增加，值缓慢增加，应定时调整使之应定时调整使之9加工过程缓慢分解加工过程缓慢分解Cl-增加增加Cl
13、O3-减少，减少，加工一段时间后要加工一段时间后要适当补充电解质适当补充电解质应用范围应用范围精度要求不很高的铁基、精度要求不很高的铁基、镍基、钴基合金等，应用镍基、钴基合金等，应用范围最广范围最广精度要求较高的铁基、镍精度要求较高的铁基、镍基、钴基合金、有色金属基、钴基合金、有色金属（铜、铝等）（铜、铝等）加工精度要求较高加工精度要求较高的零件，固定阴极的零件，固定阴极加工加工三种电解液的性能、特点及应用范围三种电解液的性能、特点及应用范围5.2.2.电解加工应用电解加工应用 电解加工电解加工主要应用在深孔加工、型面加工、主要应用在深孔加工、型面加工、型腔加工、管件内孔抛光、各种型孔的倒型腔
14、加工、管件内孔抛光、各种型孔的倒圆角和去毛边、整体叶片的加工、炮管内圆角和去毛边、整体叶片的加工、炮管内孔及膛线的加工、螺旋花键孔的加工等。孔及膛线的加工、螺旋花键孔的加工等。1.深孔扩孔加工深孔扩孔加工 深孔扩孔加工按阴极的运动形式，可分为深孔扩孔加工按阴极的运动形式，可分为固定式和移动式两种固定式和移动式两种 其优点有其优点有 1.一是设备简单，只需套夹具来保持阴极与工件一是设备简单，只需套夹具来保持阴极与工件的同心及起导电和引进电解液的作用的同心及起导电和引进电解液的作用 2.操作简单。但是，阴极要比工件长一些，所需操作简单。但是，阴极要比工件长一些，所需电源的功率较大电源的功率较大（1
15、）固定式阴极深孔扩孔原理图）固定式阴极深孔扩孔原理图（2）面进给式型孔加工）面进给式型孔加工 对于些形状复杂、尺寸较小的四方，六对于些形状复杂、尺寸较小的四方，六方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通孔，方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通孔，机械加工很困难。如采用电解加工，则机械加工很困难。如采用电解加工，则可以提高生产效率及加工质量。型孔加可以提高生产效率及加工质量。型孔加工一般采用端面进给方式，为避免锥度，工一般采用端面进给方式，为避免锥度，阴极侧面必须绝缘。阴极侧面必须绝缘。面进给式型孔加工示意图面进给式型孔加工示意图2.杆型腔模的电解加工杆型腔模的电解加工杆型腔模的电解加工为加工连杆、拨叉类锻
16、模，阴极端面上开有两孔，杆型腔模的电解加工为加工连杆、拨叉类锻模，阴极端面上开有两孔，孔间有一长槽贯通，电解液从孔及长槽中喷出。一般加工参数条件为，孔间有一长槽贯通，电解液从孔及长槽中喷出。一般加工参数条件为，电压电压815 V，电流密度，电流密度2090 A/cm2，进给速度，进给速度0.41.5 mm/min，电解浓，电解浓为为8%12%浓度的氯化钠溶液，压力为浓度的氯化钠溶液，压力为0.52 MPa。拨叉拨叉3.叶片加工叶片加工 叶轮上的叶片是逐个加工的，加工完一叶轮上的叶片是逐个加工的，加工完一个叶片，退出阴极，分度后再加工下一个叶片，退出阴极，分度后再加工下一个叶片。个叶片。电解加工
17、整体叶轮4.电解倒棱角去毛边电解倒棱角去毛边 齿轮的电解去毛边装置，工件齿轮套在绝缘柱上，环形电极齿轮的电解去毛边装置，工件齿轮套在绝缘柱上，环形电极工具也靠绝缘柱定位安放在齿轮上面，保持适当间隙工具也靠绝缘柱定位安放在齿轮上面，保持适当间隙(根据根据毛边大小而定毛边大小而定)，电解液在阴极端部和齿轮的端面齿面间流，电解液在阴极端部和齿轮的端面齿面间流过，阴极和工件间通上过，阴极和工件间通上20V以上的电压以上的电压(电压高些，间隙可大电压高些，间隙可大些些)即可去除毛边。即可去除毛边。5.电解刻字电解刻字 电解刻字时，字头接阴极，工件接阳极，二者保持大约电解刻字时，字头接阴极，工件接阳极，二
18、者保持大约0.1 mm的电解间隙，中间滴注少量的钝化型电解液，即可在短的电解间隙，中间滴注少量的钝化型电解液，即可在短时间内完成工件表面的刻字工作，目前可以做到在金属表面时间内完成工件表面的刻字工作，目前可以做到在金属表面刻出黑色的印记，也可在经过发蓝处理的表面上刻出白色的刻出黑色的印记，也可在经过发蓝处理的表面上刻出白色的印记。印记。电解法雕刻金属电解法雕刻金属先上材料：充电器一个，废电池一枚，胶带一个，剪先上材料：充电器一个，废电池一枚，胶带一个，剪刀一把，空瓶一个，水，铁钉或其他铁东西，盐刀一把，空瓶一个，水，铁钉或其他铁东西，盐拆开充电器，把头去掉拆开充电器，把头去掉找到正负极找到正负
19、极然后解决电池然后解决电池弄出里面黑色碳棒弄出里面黑色碳棒然后调制饱和食盐水然后调制饱和食盐水弄好是这样的，我今天就简单的刻个环节，你可以自己设计图案弄好是这样的，我今天就简单的刻个环节，你可以自己设计图案然后正极接铁钉，负极接电池里的棍棍然后正极接铁钉，负极接电池里的棍棍插上，表怕，我的插上，表怕，我的5V电不死人电不死人电解时会产生刺鼻气味，请注意通风电解时会产生刺鼻气味，请注意通风弄下来弄下来撕掉胶带撕掉胶带擦洗干净擦洗干净由于电解由于电解加工加工对难加工材料可以以柔克刚，对形状复杂的对难加工材料可以以柔克刚，对形状复杂的零件可以一次成型，已经成为许多产品某些工序不可取代零件可以一次成型
20、，已经成为许多产品某些工序不可取代的工艺，随着该技术的日臻完善，其重要性不可同日而语。的工艺，随着该技术的日臻完善，其重要性不可同日而语。电解加工精度和自动化程度目前作为电解加工行业的攻关电解加工精度和自动化程度目前作为电解加工行业的攻关项目不断取得突破，在设备、工艺、控制技术、机理研究项目不断取得突破，在设备、工艺、控制技术、机理研究等方面逐渐形成了电解加工行业的特色等方面逐渐形成了电解加工行业的特色。电解加工电解加工的发展趋势的发展趋势人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
