1、第四章 电化学加工 天津职业技术师范大学出版 4 2电解加工的基本规律 1 生产率及其影响因素电解加工的生产率是以单位时间内去除的金属量来衡量的 用mm3 min或g nmin表示 电解加工的生产率与工件材料的电化学当量 电流密度和电解液及其参数有很大的影响 金属的电化学当量和生产率的关系由实践得知 电解时电极上溶解或析出物质的量 质量m或体积v 与电解电流I和电解时间t成正比 即与电荷量 Q It 成正比 其比例称为电化学当量 这一规律就是所谓的法拉第电解定律 4 2 K 被电解物质的质量电化学当量 被电解物质的体积电化学当量 由于质量和体积换算时相差一密度 因此质量电化学当量K换算成体积电
2、化学当量 时也相差一密度 即法拉第电解定律可根据电荷量 电流乘以时间 计算任何被电解金属或非金属的数量 并在理论上不受电解液质量分数 温度 压力 电极材料及形状等因素的影响 4 3 在实际电解加工过程中 在阳极上可能有O2或CI2的析出 造成额外电荷量的消耗 所以在计算时被电解掉的金属量会小于所计算的理论值 因此在实际应用时常引用一个电流效率 即则式 4 2 中的理论蚀除量成为如下实际蚀除量 4 4 4 5 电流密度和生产率的关系因为电流I为电流密度i与加工面积A的乘积 故代入式 4 5 得在实际生产中常用垂直于表面方向的蚀除速度来衡量生产率 4 6 由图4 14可知 蚀除掉的金属体积V是加工
3、面积A与电解掉的金属厚度 距离 h的乘积 即V Ah 而正极蚀除速度Va h t 代入式 4 6 即得由上式可知 当在NaCL电解液中进行电解加工 100 时 蚀除速度与该处的电流密度成正比 电流密度越高 生产率也越高 4 7 在电解加工中 若电解液压力和流速较高时 可以选用较高的电流密度 但电流密度过高将会出现火花放电 析出氧等气体 并使电解液温度过高 甚至在间隙内造成沸腾汽化而引起局部短路 实际的电流密度决定于电源电压 电极间隙的大小以及电解液的电导率 电极间隙大小和蚀除速度的关系从实际加工中得知 电极间隙越小 电解液的电阻也越小 电流密度就越大 因此蚀除速度就越高 由图4 14可知 设加
4、工间隙为 电极面积为A 电解液的电阻率 为电导率 的倒数 即 1 则电流I为 4 8 4 9 将式 4 9 代入 4 7 中得阳极工件的蚀除速度为由公式得知 正极蚀除速度Va与电流效率 体积电化学当量 电导率 欧姆电压UR成正比 而与加工间隙 成反比 即加工间隙越小 工件被蚀除的速度将越大 4 10 外接电源电压U为电解液的欧姆电压UR 阳极电压Ua与阴极电压Uc之和 即 4 11 所以 4 12 此外 电源电压 电解液种类 工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响 由式 4 10 经积分推导 可求出电解时间t和加工间隙 的关系式 精度成型规律 端面平衡间隙 指加工过程达到稳定的加工间隙
5、工件蚀速度等于阴极进给速度时的加工间隙 Vc 进给速度端面平衡间隙与阴极进给速度成反比 端面平衡间隙在0 25 0 3mm左右比较合适 端面平衡间隙 任何时刻的加工间隙 与阴极进给距离L的关系 根据 t 曲线 可以利用查图表法求任何时刻的加工间隙 法相平衡间隙 侧面间隙 h 进给深度Xo 起始间隙 平衡间隙理论的应用 根据阴极形状推算加工后工件的形状尺寸 根据工件形状和尺寸设计电极形状和尺寸 分析加工精度 选择加工间隙 电压 进给速度等加工参数 影响加工间隙的其他因素 电流效率电导率加工电压加工间隙内工具形状 电场强度的分布状态电解液的流动方向 表面质量 表面质量的影响因素 1 工件材料 成分
6、金相组织热处理状态等 2 工艺参数 电流密度电解液流速和温度等 3 阴极电极表面质量 五 提高电解加工精度地途径 一 脉冲电流电解加工1 消除加工间隙内电解液电导率地不均匀化 2 脉冲电流电解加工使阴极在电化学反应中析出的氢气是断续的 呈脉冲状 它可以对电解液起搅拌作用 有利于电解产物的去除 提高电解加工精度 二 小间隙加工蚀除速度与加工间隙成反比关系 加工间隙小 突出部分的去除速度将大大高于低凹处 提高了整平效果 加工间隙越小 越能提高加工精度 三 改进电解液钝化型电解液 复合电解液 低质量分数的电解液 四 混气电解加工原理 将一定压力的气体 主要是压缩空气 用混气装置使它与电解液混合在一起
7、 使电解液成分包含无数气泡的气液混合物 然后送入加工区进行电解加工 主要表现在提高了电解加工的成形精度 如图4 26 1 工件2 阴极工具3 扩散部4 混合部5 引导部 作用 增加了电阻率 减少了杂散腐蚀 使电解液向非线性方面转化 降低电解液的密度和粘度 增加流速 均匀流场 优点 缩短了阴极工具的设计和制造周期 提高了加工精度 减少了钳工修磨量 生产率提高了 缺点 附加混气设备气液混合比 混合比越高 非线性性能越好 但混合比过高 增加了压缩空气的消耗量 而且由于含气量过多 间隙电阻过大 电解作用过弱还会产生短路火花 气压 0 4 0 45MPa 液压 0 05MPa 六 电解加工的基本设备 包
8、含直流电源 机床 电解液系统三大部分 一 直流电源常用硅整流电源和晶闸管整流电源 为进一步提高电解加工精度 生产中采用脉冲电源加工 二 机床1 要求 足够的刚性 进给速度的稳定性 防腐绝缘 安全措施 2 机床类型及设计要点阴极固定式机床 移动式阴极电解加工机床两种 移动式机床又分为卧式和立式两类 卧式机床主要用于加工叶片 深孔及其它筒型零件 立式机床主要用于加工模具 齿轮 型孔 短的花键及其它扁的零件 电解加工机床目前多采用伺服电机或直流电机无级调速的进给系统 容易实现自动进给控制 行星减速器 谐波减速器更多地采用 广泛采用滚珠丝杠传动 用滚动导轨代替滑动导轨 机床材料目前采用的是不锈钢 工作
9、台面也可采用铜制 导轨也可采用花岗岩 耐蚀水泥等 工作台可采用牺牲阳极的阴极保护法 即在工作台四周镶上可更换的锌板 三 电解液系统主要由泵 电解液槽 过滤装置 管道和阀组成 电解液泵采用多级离心泵 电解液净化方法有自然沉淀法 介质过滤法 离心过滤法 1 电解液槽2 过滤网3 管道4 泵用电动机5 离心泵6 加工区7 过滤器8 安全阀9 压力表10 阀门 七 电解加工工艺及应用 1 深孔扩孔加工固定式阴极即工件和阴极没有相对运动 如图所示 1 电解液入口2 绝缘定位套3 工件4 工具阴极5 密封垫6 电解液出口 移动式阴极扩孔原理如图4 31a 实际使用的深孔扩孔阴极如图4 32b 所示 1 后
10、引导2 阴极锥体3 出水孔4 前引导5 密封圈6 接头及出水孔 2 型孔加工图4 33为型孔电解加工示意图 1 机床主轴套2 进水孔3 阴极主体4 绝缘层5 工件6 工作端面 图4 34为加工喷油嘴内圆弧的例子 1 工具阴极2 绝缘层3 工件阳极4 绝缘层 3 型腔加工 4 套料加工 5 叶片加工 6 电解倒棱去毛刺 7 电解刻字 8 电解抛光电解抛光是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解对工件表面进行腐蚀抛光的 是表面光整的方法 抛光效率要比机械效率高 而且抛光后表面生成致密牢固的氧化膜 不会产生加工变质层 也没有残余应力 不受材料限制 生产中常被采用 影响因素 电解液成分 电参数 电解液温度 金属的金相组织和原始表面状态 9 数控展成电解加工利用数控技术实现必要的展成运动 就可以用简单形状工具电极电解加工型腔 型面 扩大了电解加工的应用范围
