【正文】 第七章 其他特種加工技術(shù) 第七章 其他特種加工技術(shù) 電化學(xué)加工技術(shù) 激光加工技術(shù) 超聲波加工技術(shù) 其他常用特種加工技術(shù) 習(xí)題 第七章 其他特種加工技術(shù) 電化學(xué)加工技術(shù) 電化學(xué)加工的原理與特點 1. 電化學(xué)加工的原理 圖 71所示為電化學(xué)加工的原理。兩片金屬銅 (Cu)板浸在導(dǎo)電溶液，例如氯化銅 (CuCl2)的水溶液中，此時水 (H2O)離解為氫氧根負(fù)離子 OH－和氫正離子 H+， CuCl2離解為兩個氯負(fù)離子 2Cl－和二價銅正離子 Cu2+。當(dāng)兩個銅片接上直流電形成導(dǎo)電通路時，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過，在金屬片 (電極 )和溶液的界面上就會有交換電子的反應(yīng)，即電化學(xué)反應(yīng)。溶液中的離子將作定向移動， Cu2+正離子移向陰極，在陰極上得到電子而進(jìn)行還原反應(yīng)，沉積出銅。 第七章 其他特種加工技術(shù) 在陽極表面 Cu原子失掉電子而成為 Cu2+正離子進(jìn)入溶液 。 溶液中正 、 負(fù)離子的定向移動稱為電荷遷移 。在陽 、 陰電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱為電化學(xué)反應(yīng) 。 這種利用電化學(xué)反應(yīng)原理對金屬進(jìn)行加工 (圖71中陽極上為電解蝕除 ， 陰極上為電鍍沉積 ， 常用以提煉純銅 )的方法即電化學(xué)加工 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 圖 71 電解 (電鍍 )液中的電化學(xué)反應(yīng) i e e i211— 陽極； 2— 陰極OH－Cl－H＋Cu2 ＋第七章 其他特種加工技術(shù) 2. 電化學(xué)加工的分類 電化學(xué)加工有三種不同的類型。第 Ⅰ 類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陽極溶解來進(jìn)行加工，主要有電解加工和電化學(xué)拋光等；第 Ⅱ 類是利用電化學(xué)反應(yīng)過程中的陰極沉積來進(jìn)行加工，主要有電鍍、電鑄等；第 Ⅲ 類是利用電化學(xué)加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學(xué)復(fù)合加工工藝進(jìn)行加工，目前主要有電解磨削、電化學(xué)陽極機(jī)械加工 (其中還含有電火花放電作用 )。電化學(xué)加工的類別如表 71所示。本節(jié)主要介紹電解加工、電鑄成型、電解磨削，其它的電化學(xué)加工請參考相關(guān)資料。 第七章 其他特種加工技術(shù) 表 71 電化學(xué)加工分類 類別 加工方法及原理 應(yīng) 用 Ⅰ 電解加工 ( 陽極溶解 ) 電化學(xué)拋光 ( 陽極溶解 ) 用于形狀尺寸加工 用于表面加工 Ⅱ 電鍍 ( 陰極沉積 ) 電鑄 ( 陰極沉積 ) 用于表面加工 用于形狀尺寸加工 Ⅲ 電極磨削 ( 陽極溶解、機(jī)械磨削 ) 電解放電加工 ( 陽極溶解、電火花蝕除 ) 用于形狀尺寸加工 用于形狀尺寸加工 第七章 其他特種加工技術(shù) 3. 電化學(xué)加工的適用范圍 電化學(xué)加工的適用范圍 ， 因電解和電鍍兩大類工藝的不同而不同 。 電解加工可以加工復(fù)雜成型模具和零件 ， 例如汽車 、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模 ， 航空 、 航天發(fā)動機(jī)的扭曲葉片 ， 汽輪機(jī)定子 、 轉(zhuǎn)子的扭曲葉片 ， 炮筒內(nèi)管的螺旋 “ 膛線 ” (來復(fù)線 )， 齒輪 、 液壓件內(nèi)孔的電解去毛刺及擴(kuò)孔 、拋光等 。 電鍍 、 電鑄可以復(fù)制復(fù)雜 、 精細(xì)的表面 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 電解加工 1． 電解加工的原理及特點 1) 基本原理 電解加工是利用金屬在電解液中的“電化學(xué)陽極溶解”來將工件成型的。如圖 72所示，在工件 (陽極 )與工具 (陰極 )之間接上直流電源，使工具陰極與工件陽極間保持較小的加工間隙 (～ mm)，間隙中通過高速流動的電解液。這時，工件陽極開始溶解。開始時，兩極之間的間隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽極金屬去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速度慢。 第七章 其他特種加工技術(shù) 隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向工件進(jìn)給，溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將工具的形狀復(fù)制到工件上。 圖 72 電解加工原理圖 12345VA1— 直流電源； 2— 工具電極； 3— 工件陽極；4— 電解液泵； 5— 電解液－＋第七章 其他特種加工技術(shù) 2) 特點 電解加工與其他加工方法相比較 ， 它具有下列特點 : (1) 能加工各種硬度和強(qiáng)度的材料 。 只要是金屬 ， 不管其硬度和強(qiáng)度多大 ， 都可加工 。 (2) 生產(chǎn)率高 ， 約為電火花加工的 5～ 10倍 ， 在某些情況下 ， 比切削加工的生產(chǎn)率還高 ， 且加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制 。 (3) 表面質(zhì)量好 ， 電解加工不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變質(zhì)層 ，又沒有飛邊 、 刀痕和毛刺 。 在正常情況下 ， 表面粗糙度 Ra可達(dá) ～ μm。 第七章 其他特種加工技術(shù) (4) 陰極工具在理論上不損耗 ， 基本上可長期使用 。 電解加工當(dāng)前存在的主要問題是加工精度難以嚴(yán)格控制 ， 尺寸精度一般只能達(dá)到 ～ mm。 此外 ， 電解液對設(shè)備有腐蝕作用 ， 電解液的處理也較困難 。 2. 電解加工設(shè)備 電解加工的基本設(shè)備包括直流電源 、 機(jī)床及電解液系統(tǒng)三大部分 。 1) 直流電源 電解加工常用的直流電源為硅整流電源和晶閘管整流電源 ， 其主要特點及應(yīng)用見表 72。 第七章 其他特種加工技術(shù) 表 72 直流電源的特點及應(yīng)用 分 類 特 點 應(yīng)用場合 硅整流電源 1 ．可靠性、穩(wěn)定性好； 2 ．調(diào)節(jié)靈敏度較低； 3 ．穩(wěn)壓精度不高 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)場占一定比例 晶閘管電源 1 ．靈敏度高，穩(wěn)壓精度高； 2 ．效率高，節(jié)省金屬材料； 3 ．穩(wěn)定性、可靠性較差 國外生產(chǎn)中普遍采用，也占相當(dāng)比例 第七章 其他特種加工技術(shù) 2) 機(jī)床 電解加工機(jī)床的任務(wù)是安裝夾具 、 工件和陰極工具 ，并實現(xiàn)其相對運動 ， 傳送電和電解液 。 電解加工過程中雖沒有機(jī)械切削力 ， 但電解液對機(jī)床主軸和工作臺的作用力是很大的 ， 因此要求機(jī)床要有足夠的剛性；要保證進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ， 如果進(jìn)給速度不穩(wěn)定 ， 陰極相對工件的各個截面的電解時間就不同 ， 影響加工精度；電解加工機(jī)床經(jīng)常與具有腐蝕性的工作液接觸 ， 因此機(jī)床要有好的防腐措施和安全措施 。 第七章 其他特種加工技術(shù) 3) 電解液系統(tǒng) 在電解加工過程中 ， 電解液不僅作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流 ， 而且在電場的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) ， 使陽極溶解能順利而有效地進(jìn)行 ， 這一點與電火花加工的工作液的作用是不同的 。 同時電解液也擔(dān)負(fù)著及時把加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物和熱量帶走的任務(wù) ， 起到更新和冷卻的作用 。 電解液可分為中性鹽溶液 、 酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類 。 其中中性鹽溶液的腐蝕性較小 ， 使用時較為安全 ，故應(yīng)用最廣 。 常用的電解液有 NaCl、 NaNO NaClO3 三種 。 第七章 其他特種加工技術(shù) NaCl 電解液價廉易得，對大多數(shù)金屬而言，其電流效率均很高，加工過程中損耗小并可在低濃度下使用，應(yīng)用很廣。其缺點是電解能力強(qiáng)，散腐蝕能力強(qiáng)，使得離陰極工具較遠(yuǎn)的工件表面也