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2019/11/1电解加工原理及应用机电10级研2班盖江宁2019/11/1电解加工（Electrochemicalmachining，简称ECM）又称电化学加工，是利用金属工件在电解液中发生电化学阳极溶解的原理来去除材料，将零件加工成形的一种现代特种加工技术。它产生于20世纪50年代，并迅速被用于机械制造领域。通过科研和生产实践的发展，70年代时得到更广泛的应用。20世纪90年代后期，大量难加工材料与复杂结构零部件的加工需求、以及电解加工本身具有的适合微细加工的优势，使电解加工的应用领域得到大大扩展，工艺技术水平及设备性能均达到了一个新的高度。2019/11/11.电化学加工原理及分类电化学加工时，工件接直流电源的正极、工具接负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从间隙中流过，两极之间形成导电通路，导线和溶液中均有电流流过。金属和溶液的界面上必定有交换电子的反应，即电化学反应。利用这种电化学反应为基础对金属进行加工的方法即为电化学（电解)加工。阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积。下图是电化学反应示意图。2019/11/1电化学反应示意图2019/11/1电解质溶液溶于水能导电的物质叫做电解质。例如：NaCl——Na++Cl-强电解质；氨水、醋酸等为弱电解质电极电位产生在金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。“双电层”“平衡电极电位”电极的极化金属的钝化和活化2019/11/1电化学加工的分类按照作用原理分类：1.阳极溶解——电解加工、电解抛光；2.阴极沉积——电镀、局部涂镀、复合电镀、电铸；3.电化学复合加工工艺——电解磨削、电解电火花复合加工、电化学阳极机械加工2019/11/12.电解加工过程及其特点电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形地。最早应用是电解抛光。加工时，工件接直流电源（10～20V）的正极，工具接电源的负极。工具向工件缓慢进给，使两极之间保持较小的间隙（0.1～1mm），具有一定压力（0.5～2MPa）的氯化钠电解液从间隙中流过，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物高速（5～50m/s）的电解液带走。2019/11/1电解加工示意图2019/11/1电解加工的特点：1.加工范围广，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、及韧性金属材料，并可以加工叶片、锻模等各种复杂型面。电解加工是一次成型，工件材料的蚀除速度不受加工材料的硬度、强度、韧性的影响。2.电解加工的生产率较高，约为电火花加工的5～10倍。3.加工表面质量好。工件的材料以离子状态去除，无冷作硬化层、热再铸层以及由此引起的表面纤维裂纹，表面光整、无加工纹路、无毛刺。由于无切削力和表层内应力，因此工件的加工变形小。表面粗糙度较好（Ra1.25～0.2µm）和±0.1mm左右的平均加工精度。2019/11/14.工具无损耗。电解加工工具阴极不与工件接触，正常加工条件时工具阴极不损耗。5.可成型范围宽。从简单的圆孔、型孔到复杂的二维空间的型面、型腔都可以由这种方式加工。6.对难加工材料、复杂形状工件的批量加工，电解加工是一种低成本的工艺方法。2019/11/1由于电解加工具有这些特性，尤其是能解决机械加工难切削材料、复杂形状零件的加工问题，并且加工效率高、表面质量好，因此这项工艺在军事工业特别是在航空航天推进器的制造上得到了广泛的应用，成为国防工业生产中的关键制造技术，获得了显著的成效。2019/11/1电解加工缺陷和局限性主要有:1.加工精度和加工稳定性不高。由于受电化学、流场及电场等因素的影响，工具与工件间的加工间隙分布不均匀、不稳定，无法对其进行直接控制，而且直流电解加工的散蚀能力较强，整平比不够高。2.由于工具阴极与实验夹具的设计制造工作量大，使生产准备周期延长，对于单件小批量生产的成本较高。同时电解加工所需的附属设备较多、占地面积较大，且机床需要足够的刚性和防腐蚀性，造价较高。因此零件批量越小，单件的电解加工成本越高。3.需要解决“废液、废气、废渣”处理问题，以防环境污染。2019/11/1选用电解加工的三原则：难加工材料复杂形状零件批量大2019/11/1电解液（1）具有足够的蚀除速度（2）具有较高的加工精度和表面质量（3）阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物还有性能稳定、操作安全，对设备的腐蚀性小以及价格便宜。三种常用电解液：NaCl、NaNO3、NaClO3，中性盐溶液腐蚀性小，使用时较安全，应用普遍。2019/11/11.NaCl电解液——蚀除速度高，但杂散腐蚀也严重，故复制精度较差。浓度为20％以内，一般为14％～18％。电解液温度为25～35°C。2.NaNO3电解液——钝化型电解液。NaNO3电解液在浓度为30％以下时，有较好的非线形性能，成形精度高，而且对机床腐蚀性小，价格也不高。主要缺点是电流效率低，生产率也低，另外加工时阴极有氨气析出，所以NaNO3会被消耗。3.NaClO3电解液——散蚀能力小，加工精度高；具有很高的溶解度；导电能力强，可达到与NaCl相近的生产率；腐蚀作用小。缺点：价格较贵，强氧化剂，使用时注意安全防火。2019/11/1提高电解加工精度地途径1.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。2.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。2019/11/13.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4.混气电解加工——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，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2019/11/13.电解加工的基本设备1.直流电源——为提高电解加工精度，生产中采用脉冲电源加工。2.机床——要求：足够的刚性；进给速度的稳定性；防腐绝缘；安全措施。3.电解液系统——主要由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀组成。2019/11/14.电解加工工艺及应用1.深孔扩孔加工2.型孔加工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9.电解复合加工10.微细电解加工2019/11/12019/11/1炮管混合膛线电解加工随着兵器技术的发展，对炮管膛线的要求越来越高，采用混合膛线是提高火炮战斗技术性能、延长使用寿命的有效措施。因此，国内外对技术性能要求较高的多种火炮采用了该技术，这种由不等齐缠度与等齐缠度组成的混合膛线，使炮管膛线的加工工艺变得更为复杂。2019/11/1PLZ-05155毫米52倍口径履带自行加榴炮2019/11/11.机械拉削加工2.整体长阴极固定式加工3.片状阴极移动式加工4.圆锥阴极移动式加工2019/11/1圆锥移动式阴极2019/11/1请多指正谢谢大家