电化学加工省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章电化学加工技术电化学加工（ElectrochemicalMachining简称ECM）包含从工件上去除金属电解加工和向工件上沉积金属电镀、涂覆加工两大类。几个基本概念：电极电位电极极化钝化电流密度电流效率图1-1电解液中电化学反应1.1电化学加工原理与特点1.电化学加工原理图1-1所表示为电化学加工原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，比如氯化铜(CuCl2)水溶液中，此时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu+2。当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中都有电流流过，在金属片(电极)和溶液界面上就会有交换电子反应，即电化学反应。溶液中离子将作定向移动，Cu+2正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu+2正离子进入溶液。溶液中正、负离子定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图1-1中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，惯用以提炼纯铜)方法即电化学加工。2.电化学加工分类电化学加工有三种不一样类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其它加工方法相结合电化学复合加工工艺进行加工，当前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化学加工类别如表1所表示。表1电化学加工分类3.电化学加工适用范围电化学加工适用范围，因电解和电镀两大类工艺不一样而不一样。电解加工能够加工复杂成型模具和零件，比如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机扭曲叶片，汽轮机定子、转子扭曲叶片，齿轮、液压件内孔电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸能够复制复杂、精细表面。1.2电解加工1．电解加工原理及特点1)基本原理电解加工是利用金属在电解液中“电化学阳极溶解”来将工件成型。如图2-1所表示，在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小加工间隙(0.1～0.8mm)，间隙中经过高速流动电解液。这时，工件阳极开始溶解。开始时，两极之间间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。伴随工件表面金属材料不停溶解，工具阴极不停地向工件进给，溶解电解产物不停地被电解液冲走，工件表面也就逐步被加工成靠近于工具电极形状，如此下去直至将工具形状复制到工件上。2)特点电解加工与其它加工方法相比较，它含有以下特点:(1)能加工各种硬度和强度材料。只要是金属，不论其硬度和强度多大，都可加工。(2)生产率高，约为电火花加工5～10倍，在一些情况下，比切削加工生产率还高，且加工生产率不直接收加工精度和表面粗糙度限制。(3)表面质量好，电解加工不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常情况下，表面粗糙度Ra可达0.2～1.25μm，平均加工精度±0.05mm左右。(4)阴极工具在理论上不损耗，基本上可长久使用。电解加工当前存在主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸精度普通只能到达0.15～0.30mm。另外，电解液对设备有腐蚀作用，电解液处理也较困难。2.电解加工设备电解加工基本设备包含直流电源、机床及电解液系统三大部分。1)直流电源电解加工惯用直流电源为硅整流电源和晶闸管整流电源，其主要特点及应用见表2。新型功率半导体器件新型功率半导体器件表2直流电源特点及应用2)机床电解加工机床任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。它与普通金属切削机床相比，有其特殊要求：（1）有足够刚性（2）稳定进给速度（3）防腐绝缘与好安全办法3)电解液系统在电解加工过程中，电解液不但作为导电介质传递电流，而且在电场作用下进行化学反应，使阳极溶解能顺利而有效地进行，这一点与电火花加工工作液作用是不一样。同时电解液也担负着及时把加工间隙内产生电解产物和热量带走任务，起到更新和冷却作用。电解液可分为中性盐溶液、酸性盐溶液和碱性盐溶液三大类。其中中性盐溶液腐蚀性较小，使用时较为安全，故应用最广。惯用电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3三种。钝化性电解液影响活化钝化主要原因（1）NaCl电解液价廉易得，对大多数金属而言，其电流效率均很高，加工过程中损耗小并可在低浓度下使用，应用很广。其缺点是电解能力强，散腐蚀能力强，使得离阴极工具较远工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床设备腐蚀性大，故适合用于加工速度快而精度要求不高工件加工。惯用电解液温度为25～35℃，但加工钛合金时，必须在40℃以上。（2）NaNO3电解液是一个钝化