现代加工技术04电化学加工市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电化学加工电化学加工1贾宝贤贾宝贤(5687026Electrical Chemical MachiningECM第第1页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术课程内容纲领课程内容纲领21 1绪论绪论2 2电火花加工电火花加工3 3电火花线切割加工电火花线切割加工4 4电化学加工电化学加工5 5超声波加工超声波加工6 6磨料与水喷射加工磨料与水喷射加工7 7激光加工激光加工8 8快速快速原原型型制造制造9 9电子束、离子束加工电子束、离子束加工1010化学、等离子体、磁性磨料加工化学、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨、挤压珩磨第第2页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术本讲内容本讲内容33.1电化学加工原理、特点及分类电化学加工原理、特点及分类3.2电化学加工设备电化学加工设备3.3电化学加工基本规律电化学加工基本规律3.4提升电化学加工精度路径提升电化学加工精度路径3.5电化学加工应用电化学加工应用3.6电铸和涂镀加工电铸和涂镀加工3.7电化学磨削电化学磨削3.8电化学抛光电化学抛光3.9电化学辅助在线削锐磨削电化学辅助在线削锐磨削3.10微精电化学加工微精电化学加工第第3页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术第第3 3章章 电化学加工电化学加工4 电电化化学学加加工工最最初初试试验验是是出出前前办办联联人人进进行行。但但因因为为当当初初技技术术水水平平限限制制，难难以以发发展展。战战后后，为为对对喷喷气气发发动动机机及及人人造造卫卫星星等等所所使使用用，含含有有高高硬硬度度和和高高韧韧性性耐耐热热钢钢等等难难加加工工材材料料进进行行加加工工，美美国国对对电电化化学学加加工工进进行行重重新新估估价价，研研制制出出了了最最早早电电化化学学加加工工机机。电电化化学学加加工工现现己己用用于于打打孔孔、切切槽槽、雕雕模模、去去毛毛刺刺等等方方面面。是是应应用用范范围围很广加工方法。很广加工方法。第第4页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.13.1 电化学加工原理、特点及分类电化学加工原理、特点及分类5一、电化学加工原理一、电化学加工原理利利用用金金属属在在电电解解液液中中产产生生阳阳极极溶溶解解电电化化学学原原理理对对工工件件进进行行成成形形加加工工一一个个工工艺艺方方法法。电电解解加加工工原理如图原理如图1-21所表示。所表示。加加工工时时，工工件件接接直直流流稳稳压压电电源源正正极极，工工具具接接负负极极，两两极极间间保保持持0.11mm间间隙隙，含含有有一一定定压压力力（0.52.5Mpa）电电解解液液从从两两极极间间隙中高速（隙中高速（560m/s）流过。）流过。第第5页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电化学加工原理6电电 化化 学学 中中 惯惯 用用 电电 解解 液液 有有 NaCl、NaNO3和和NaClO3三三种种溶溶液液。下下面面仅仅介介绍绍用用10%20%氯氯化化钠钠水水溶溶液液作作电电解解液液加加工工低低碳碳钢钢时时主主要要化化学学反反应：应：水溶液水溶液H2OH+OH-工件阳极反应工件阳极反应Fe2eFe+Fe+2OH-Fe(OH)2第第6页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电化学加工原理7工具阴极反应工具阴极反应2H+2eH2从从以以Fe+上上反反应应能能够够看看出出，在在电电解解加加工工过过程程中中，因因为为外外电电源源作作用用，阳阳极极铁铁不不停停失失去去电电子子，以以Fe+形形式式与与水水溶溶液液中中负负离离子子化化合合生生成成Fe(OH)2而而沉沉淀淀；阴阴极极不不停停得得到到电电子子，与与水水溶溶液液中中H+结结合合而而游游离离出出氢氢气气。在在电电解解过过程程中中，工工件件阳阳极极和和水水不不停停消消耗耗，而工具阴极和氯化钠并不消耗。而工具阴极和氯化钠并不消耗。电化学加工电化学加工1 1分分44.mp444.mp4第第7页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电化学加工原理8加加工工过过程程中中，工工具具阴阴极极凸凸出出部部分分与与工工件件阳阳极极电电极极间间隙隙最最小小，此此处处电电流流密密度度最最大大，单单位位时时间间内内消消耗耗电电量量最最多多。依依据据法法拉拉第第定定律律，金金属属阳阳极极溶溶解解量量与与经经过过电电量量成成正正比比。所所以以，工工件件上上与与工工具具阴阴极极凸凸起起部部位位对对应应处处比比其其它它部部位位溶溶解解更更加快。加快。伴伴随随工工具具阴阴极极不不停停迟迟缓缓地地向向工工件件进进给给，工工件件则则不不停停地地按按工工具具端端部部型型面面溶溶解解，电电解解产产物物则则不不停停被被高高速速流流动动电电解解液液带带走走，最最终工具电极形状就终工具电极形状就“复制复制”在工件上。在工件上。第第8页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术9电解加工电解加工7 7分分05.mp405.mp4第第9页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术两种方法10第第10页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工特点11电电化化学学加加工工主主要要优优点点之之一一是是它它能能够够加加工工复复杂杂三三维维曲曲面面，而而不不像像普普通通金金属属切切削削那那样样留留下下刀刀痕痕。采采取取不不锈锈钢钢制制造造阴阴极极工工具具，能能够够把把许许多多初初步步成成形形零零件件加加工工到到含含有有极极高高外外形形尺尺寸寸。其其特点是：特点是：第第11页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工特点-优点12(1)无应力加工；工件不变形无应力加工；工件不变形(2)无毛刺加工；表面质量好无毛刺加工；表面质量好(3)工具和工件不接触，工具无磨损。工具和工件不接触，工具无磨损。生产效率高，是电火花加工生产效率高，是电火花加工510倍。倍。加工范围广，不受材料硬度限制。加工范围广，不受材料硬度限制。第第12页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术工艺特点131凡是导电材料，不论硬度、强度、韧性多高，凡是导电材料，不论硬度、强度、韧性多高，均可加工；均可加工；2复杂形状零件一次成型复杂形状零件一次成型,生产率高；生产率高；3表面质量好，不变形，无飞边毛刺，无残表面质量好，不变形，无飞边毛刺，无残余余应力；应力；4工具阴极原理上不消耗工具阴极原理上不消耗;5生产率、表面质量之间无相互制约关系生产率、表面质量之间无相互制约关系第第13页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工特点-应用场所14当前电化学加工主要用于：当前电化学加工主要用于：(1)复杂三维曲面端面和外圆加工；复杂三维曲面端面和外圆加工；(2)刻模，尤其是深窄槽和孔；刻模，尤其是深窄槽和孔；(3)靠模加工和特殊形状仿形；靠模加工和特殊形状仿形；(4)多孔加工；多孔加工；(5)拉孔；拉孔；(6)去毛刺；去毛刺；(7)磨削；磨削；(8)珩磨；珩磨；(9)切断。切断。第第14页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工特点-缺点15电电化化学学加加工工主主要要缺缺点点是是不不能能加加工工非非导导电电材材料料以以及及有有尖尖锐锐内内角角(r0.2mm)，因因为为在在尖尖点点上上电流密度很大。电流密度很大。在在实实心心材材料料上上不不能能一一步步加加工工出出盲盲孔孔(工工作作液液流流动动)。电化学加工设备腐蚀和生锈问题。电化学加工设备腐蚀和生锈问题。第第15页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、电化学加工分类16电化学加工按其作用原理可分为三大类：电化学加工按其作用原理可分为三大类：第第类类是是利利用用电电化化学学反反应应过过程程中中阳阳极极溶溶解解来来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等。进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等。第第类类是是利利用用电电化化学学反反应应过过程程中中阴阴极极沉沉积积来来进行加工，主要有电镀、电铸等。进行加工，主要有电镀、电铸等。第第类类是是利利用用电电化化学学加加工工与与其其它它加加工工方方法法相相结结合合电电化化学学复复合合加加工工工工艺艺进进行行加加工工，当当前前主主要要有有电电解解磨磨削削、电电化化学学阳阳极极机机械械加加工工(其其中中还还含含有有电电火火花放电作用花放电作用)。第第16页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、电化学加工分类17第第17页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.23.2 电化学加工设备电化学加工设备18一、电化学加工设备组成一、电化学加工设备组成电化学加工设备主要包含三大部分。电化学加工设备主要包含三大部分。l1.1.机床机床l2.2.电源电源l3.3.工具、工件及电化学加工液循环系统工具、工件及电化学加工液循环系统第第18页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电化学加工设备组成一、电化学加工设备组成19l机机床床电电解解加加工工机机床床作作用用是是安安装装夹夹具具、工工件件和和阴阴极极，并并实实现现其其相相对对运运动动。要要求求机机床床有有足足够够刚刚性性，以以确确保保进进给给系系统统稳稳定定性性，有有较较宽宽调调速速范范围围，以以适适应应多多品品种种加加工工；配配置置汇汇流流排排和和导导液液系系统统，以以实实现现供电和供液供电和供液；好防腐安全办法，足够抗干扰能力。；好防腐安全办法，足够抗干扰能力。l电电源源与与机机床床配配套套，提提供供适适当当额额定定电电压压和和电电流流，足够稳压精度和抗干扰能力。足够稳压精度和抗干扰能力。l电电解解液液系系统统作作为为导导电电介介质质，参参加加电电化化学学反反应应，起到起到排除反应产物和冷却工件排除反应产物和冷却工件作用。作用。第第19页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工机床二、电化学加工机床2010000A卧式电解加工机床（昆仑机械厂）卧式电解加工机床（昆仑机械厂）第第20页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学加工机床二、电化学加工机床21第第21页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电化学加工机床电化学加工机床22日本三菱日本三菱5kA立式电解加工机床立式电解加工机床第第22页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、工具、工件和工作液三、工具、工件和工作液23 1 1阴阴极极工工具具 其其形形状状尺尺寸寸精精度度直直接接影影响响到到工工件件加加工工精精度度，一一样样，工工具具表表面面租租糙糙度度对对加加工工后后工工件件表表面面粗粗糙度也有影响。糙度也有影响。对工具材料要求对工具材料要求1）导电性好）导电性好减小温升和热变形；减小温升和热变形；2）力学性能好）力学性能好确保阴极形状精度；确保阴极形状精度；3）耐烧蚀和可焊性；）耐烧蚀和可焊性；4）耐腐蚀）耐腐蚀。在在电电化化学学加加工工中中，广广泛泛使使用用工工具具材材料料有有铝铝、黄黄铜、青铜、紫铜、石墨、不锈钢、镍铜合金等。铜、青铜、紫铜、石墨、不锈钢、镍铜合金等。第第23页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1 1阴极工具阴极工具 24 上述材料工具轻易加工成需要形状，制造这些上述材料工具轻易加工成需要形状，制造这些工具方法普通采取冷锻和电镀成型。工具方法普通采取冷锻和电镀成型。1）传统方法）传统方法设计，试验，修改；设计，试验，修改；2）开发）开发CAD/CAM应用软件，对复杂型面、型腔应用软件，对复杂型面、型腔零件发展数字化制造技术。零件发展数字化制造技术。第第24页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2 2阳极工件阳极工件25工工件件材材料料必必须须是是良良导导体体，其其化化学学特特征征对对材材辑辑切切除除速速率率有有影影响响。去去除除速速度度与与工工件件材材料料原原子子量量成成正正比比，与其原子价成反比。与其原子价成反比。装装夹夹工工件件夹夹具具由由绝绝缘缘材材料料制制成成，环环氧氧树树脂脂或或玻玻璃璃纤纤维维是是电电化化学学加加工工理理想想夹夹具具材材料料。在在某某此此场场所所，也也可可用用便便宙宙材材料料如如有有机机玻玻璃璃和和聚聚氯氯乙乙烯烯。这这些些材材料料含含有良好热稳定性和低湿性。有良好热稳定性和低湿性。第第25页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3 3电解液系统电解液系统26电电解解液液主主要要组组成成有有泵泵、电电解解液液槽槽、过过滤滤器器、管管道道及及阀阀等等，如图所表示。如图所表示。第第26页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4 4电解液电解液27(1)(1)对电解液基本要求对电解液基本要求1)1)有有足足够够蚀蚀除除速速度度。即即生生产产率率高高，要要求求电电解解质质在在溶溶液液中中有有较强溶解度和离解度，有很高电导率。较强溶解度和离解度，有很高电导率。2)2)有有较较高高加加工工精精度度和和表表面面质质量量。电电解解液液中中金金属属阳阳离离子子不不应应在在阴阴极极上上产产生生放放电电反反应应而而沉沉积积到到阴阴极极工工具具上上，以以免免改改变变工工具具形状尺寸。形状尺寸。3)3)阳阳极极反反应应最最终终产产物物品品不不溶溶性性化化合合物物，这这主主要要是是便便于于处处理理，不不会会影影响响到到阴阴极极工工具具尺尺寸寸。通通常常被被加加工工工工件件主主要要组组成成元元素素氢氢氧氧化化物物大大都都难难溶溶于于中中性性盐盐溶溶液液。但但在在加加工工小小孔孔时时要要求求阳阳极极反反应应物物是是可可溶溶性性。除除此此之之外外，还还要要求求电电解解液液含含有有：高高电电导导率率：低低粘粘应应和和高高比比热热容容，很很好好化化学学稳稳定定性性；无无腐腐蚀蚀和和毒毒性性，价价廉廉而轻易得到。而轻易得到。第第27页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4 4电解液电解液28(2)(2)三三种种惯惯用用电电解解液液 电电解解液液可可分分为为中中性性盐盐溶溶液液、酸酸性性溶溶液液与碱性溶液三大类，表与碱性溶液三大类，表3-23-2为一些惯用电解液及其特征。为一些惯用电解液及其特征。第第28页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.33.3电化学加工基本规律电化学加工基本规律29一、生产率及其影响原因一、生产率及其影响原因4.3.3.1基本概念基本概念l生产率：单位时间内蚀除金属量（生产率：单位时间内蚀除金属量（g/min）l法拉第电解定律：法拉第电解定律：阳极金属去蚀量阳极金属去蚀量M与电荷量（与电荷量（Q=It)成正比成正比理论蚀除量：理论蚀除量：M=KQ=KItK-电化学当量电化学当量g/(Ahl电流效率电流效率：实际蚀除量与理论蚀除量之比：实际蚀除量与理论蚀除量之比l实际蚀除量实际蚀除量M:M=KQ=KIt第第29页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、生产率及其影响原因30金属电化学当量金属电化学当量KM=KQ=KIt电流密度电流密度I成正比，但过高时火花放电，成正比，但过高时火花放电，10100A/cm3电极间隙电极间隙（双曲线关系双曲线关系va=C/）第第30页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、精度成型规律二、精度成型规律31蚀蚀除除速速度度与与加加工工间间隙隙相相关关。实实际际电电化化学学加加工工中中，进进给给速速度度会会影影响响到到加加工工间间隙隙大大小小，一一样样影影响响工工件件尺尺寸寸和和成成型精度。型精度。第第31页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术图图4-18中，设电解加工开始起始间隙为中，设电解加工开始起始间隙为则此时蚀除速度则此时蚀除速度设设阴阴极极以以恒恒定定速速度度向向工工件件进进给给，则则加加工工间间隙隙逐逐步步降降低低，而而蚀蚀除除速速度度对对应应增增大大。设设工工件件足足够够厚厚，伴伴随随时时间间推推移移，总总会会有有工工件件蚀蚀除除速速度度与与阴阴极极进进给给速速度度相等。相等。1端面平衡间隙端面平衡间隙第第32页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1.端面平衡间隙端面平衡间隙第第33页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.法向平衡间隙法向平衡间隙第第34页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术b3.侧面间隙侧面间隙第第35页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.平衡间隙理论应用平衡间隙理论应用计计算算加加工工中中各各种种电电极极间间隙隙，如如端端面面、斜斜面面、侧侧面间隙；面间隙；设计电极时计算阴极尺寸及修正量；设计电极时计算阴极尺寸及修正量；分析加工精度；分析加工精度；选选择择加加工工参参数数，如如电电极极间间隙隙、电电源源电电压压、进进给给速度等。速度等。第第36页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、表面质量三、表面质量37包含表面粗糙度和表面物理化学性质改变两方面。包含表面粗糙度和表面物理化学性质改变两方面。（1）工件材料合金成份、金相组织及热处理状态；）工件材料合金成份、金相组织及热处理状态；（2）工艺参数，如电流密度、电解液流速与温度等；）工艺参数，如电流密度、电解液流速与温度等；（3）阴阴极极表表面面质质量量，如如条条纹纹、刻刻痕痕都都会会复复印印到到工工件件上上去。去。第第37页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.43.4提升电化学加工精度路径提升电化学加工精度路径38当前生产中提升电化学加工精度主要路径有：当前生产中提升电化学加工精度主要路径有：1脉冲电流加工脉冲电流加工1）消消除除加加工工间间隙隙内内电电解解液液电电导导率率不不均均匀匀。采采取取脉脉冲冲电电流流加加工工可可在在两两个个脉脉冲冲间间隔隔时时间间内内，经经过过电电解解液液流流动动与冲刷，使间隙内电解液电导率分布均匀。与冲刷，使间隙内电解液电导率分布均匀。2）脉脉冲冲电电流流加加工工使使阴阴极极在在电电化化学学反反应应中中析析出出氢氢气气是是断断续续，呈呈脉脉冲冲状状。它它能能够够对对电电解解液液起起搅搅拌拌作作用用，有有利利于电解产物去除，提升电解加工精度。于电解产物去除，提升电解加工精度。第第38页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2 2小间隙电解加工小间隙电解加工 采采取取小小间间隙隙加加工工，对对提提升升加加工工精精度度、生生产产率率是是有有利利。但但对对液液流流阻阻力力增增大大，电电流流密密度度大大，使使电电解解液液温升快、压力高，还易发生短路。温升快、压力高，还易发生短路。第第39页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术除除了了前前面面已已提提到到采采取取钝钝化化性性电电解解液液，如如NaNO3、NaClO3等等外外，正正深深入入研研究究采采取取复复合合电电解解液液，主主要要是是在在氯氯化化钠钠电电解解液液中中添添加加其其它它成成份份，既既保保持持NaCl电电解液高效率解液高效率,又提升了加工精度。又提升了加工精度。采取低浓度电解液，加工精度可显著提升。采取低浓度电解液，加工精度可显著提升。3 3改进电解液改进电解液第第40页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术（1 1）混气电解加工原理及优缺点）混气电解加工原理及优缺点 混混气气电电解解加加工工就就是是将将一一定定压压力力气气体体（主主要要是是压压缩缩空空气气或或二二氧氧化化碳碳、氮氮气气等等）用用混混气气装装置置使使它它与与电电解解液液混混合合在在一一起起，使使电电解解液液成成为为包包含含无无效效气气泡泡气气液液混合物，然后送入加工区进行电解加工。混合物，然后送入加工区进行电解加工。4 4混气电解加工混气电解加工第第41页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电解液中混入气体后，将会起到下述作用：电解液中混入气体后，将会起到下述作用：1 1）增增加加了了电电解解液液电电阻阻率率，降降低低杂杂散散腐腐蚀蚀，使使电电解解液液向向非非线线性性方方面转化。面转化。2 2）降低电解液密度和粘度，增加流速，均匀流场。）降低电解液密度和粘度，增加流速，均匀流场。4 4混气电解加工混气电解加工第第42页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术混混气气电电解解液液主主要要缺缺点点是是，因因为为其其电电流流密密度度下下降降，使使生生产产率率比比不不混混气气下下降降了了1/31/21/31/2，这这适适合合用用于于小功率电源加工大工件。小功率电源加工大工件。4 4混气电解加工混气电解加工第第43页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.53.5电化学加工应用电化学加工应用44 电电化化学学加加工工在在当当代代加加工工方方法法中中是是发发展展最最快快一一个个。它它在在通通用用性性方方面面潜潜力力最最大大，当当前前电电化化学学加加工工大大致致分分为以下几个形式：为以下几个形式：电化学加工电化学加工电极进给式加工电极进给式加工电极静置式加工电极静置式加工二锥形状：打孔、套孔、切断二锥形状：打孔、套孔、切断三维形状：型腔加工、成形加工三维形状：型腔加工、成形加工二维及三维形状，去毛刺、二维及三维形状，去毛刺、加工空刀、加工凸起加工空刀、加工凸起第第44页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.53.5电化学加工应用电化学加工应用451.1.深孔扩孔加工深孔扩孔加工2.2.型孔加工型孔加工3.3.型腔加工型腔加工4.4.套料加工套料加工5.5.叶片加工叶片加工6.6.电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺7.7.电解刻字电解刻字8.8.电解抛光电解抛光9.9.数控展成电解加工数控展成电解加工第第45页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、深孔扩孔加工46 深深孔孔扩扩孔孔加加工工按按阴阴极极运运动动形形式式，可可分分为为固固定定式式和移动式两种。和移动式两种。固固定定式式即即工工件件和和阴阴极极之之间间无无相相对对运运功功，其其优优点点是是：设设备备简简单单，操操作作方方便便，加加工工效效率率高高。但但阴阴极极较较工工件件长长，所所需需电电源源功功率率较较大大，同同时时电电解解液液在在进进出出口口处处温温度度、电电解解产产物物不不一一样样，轻易引发粗糙度和尺寸精度不均匀现象。轻易引发粗糙度和尺寸精度不均匀现象。第第46页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术47电解加工弹膛抛壳槽剖视电解加工弹膛抛壳槽剖视抛壳槽阴极抛壳槽阴极固定式固定式第第47页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、深孔扩孔加工48 移移动动式式加加工工通通常常是是将将零零件件固固定定在在机机床床上上，阴阴极极在在零零件件内内扎扎作作袖袖向向移移动动。移移动动式式阴阴极极较较短短，精精度度要要求求较较低低，制制造造轻轻易易，可可加加工工任任意意长长度度零零件件而而不不受受电电源源功功率率限限制制。但但它它需需要要有有效效长长度度大大于于工工件件长长度度机机床床，同同时时加加工工中中加加工工面面积积不不停停改改变变，故故出出现收口和喇叭口，需采取自动控制。现收口和喇叭口，需采取自动控制。第第48页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术49移动式移动式变截面深孔电解加工组合阴极变截面深孔电解加工组合阴极第第49页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、型孔加工型孔加工用用于于形形状状复复杂杂、尺尺寸寸较较小小异异形形通通孔孔和和育育孔孔零零件件加加工工。型型孔孔加加工工普普通通采采取取端端面面进进给给法法，为为防防止止锥锥度度，阴阴极极侧侧面面要要绝缘。绝缘。第第50页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术用用于于尺尺寸寸较较大大、形形状状复复杂杂型型腔腔加加工工，生生产产率率高高，表表面面质质量量好好，但但加加工工精精度度不不太太高高。多多用用于于锻锻模模型型腔腔加加工工，精精度度控控制在制在0.10.2mm。也采取。也采取端面进给法端面进给法。阴阴极极设设计计制制造造是是关关键键。用用成成型型精精度度高高电电解解液液或或混混气气加加工工时时，阴阴极极设设计计较较易易。为为使使流流场场均均匀匀，阴阴极极对对应处加开增液孔。应处加开增液孔。近近年年发发展展用用简简单单形形状状电电极极数数控控电电解解加加工工，柔柔性性好好，降降低低准准备备时时间间，电源容量小，但加工速度降低。电源容量小，但加工速度降低。三、三、型腔加工型腔加工第第51页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术52毫米坦克炮膛线毫米坦克炮膛线第第52页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术用用于于等等截截面面大大面面积积异异型型孔孔或或异异型型零零件件加加工工，端端面面进进给给加加工方式。工方式。零零件件尺尺寸寸精精度度由由阴阴极极片片内内腔腔口口确确保保，偶偶然然短短路路烧烧伤伤时时，只只需需更更换换阴阴极片。极片。四、套料加工四、套料加工第第53页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术叶叶片片型型面面复复杂杂，精精度度要要求求较较高高，加加工工批批量量大大，电电解解加加工工效效果果好好。加加工工方方式式有有单单面面加加工工和和双双面面加加工工。机机床床有有立立式式和和卧卧式式两两种种。多多用用NaCl电解液混气加工。电解液混气加工。电电解解加加工工整整体体叶叶轮轮已已普普遍遍应应用用，直直接接在在轮轮坯坯上上套套料料加加工工叶叶片片（等等截截面面），叶叶轮轮强强度度高高，质质量量好好，加加工周期大大缩短。工周期大大缩短。五、叶片加工五、叶片加工第第54页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术第第55页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术机机加加工工中中去去毛毛刺刺工工作作量量很很大大，电电解解去去毛毛刺刺效效率率高，节约费用。高，节约费用。加加工工原原理理是是尖尖角角处处电电流密度最高。流密度最高。去去毛毛刺刺时时间间与与加加工工电电压压、加加工工间间隙隙及及电电解解液液参参数数相相关。关。六、电解倒棱去毛刺六、电解倒棱去毛刺第第56页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电解刻字电解刻字第第57页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.6 3.6 电化学电化学磨削磨削一、加工原理一、加工原理电电解解磨磨削削是是电电解解加加工工一一个个特特殊殊形形式式，是是电电解解与与机机械械复复合合加加工工方方法法。它它是是靠靠金金属属溶溶解解(占占95%98%)和和机机械械磨磨削削(占占2%5%)综合作用来实现加工。综合作用来实现加工。电电化化学学磨磨削削加加工工因因工工件件形形状状、加加工工精精度度及及加加工工批批量量大大小小而而不不一一样样，依依据据磨磨轮轮种种类类和和电电流流供供给给方方式式，其其工工作作原理可分为三种方式：原理可分为三种方式：电解磨削电解磨削-电解加工之一电解加工之一.mp4.mp4第第58页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1电化学与机械联合作用电化学与机械联合作用用用金金属属结结合合剂剂粘粘结结或或用用电电化化学学沉沉积积金金刚刚石石磨磨轮轮及及导导电磨轮。电磨轮。加加工工原原理理如如所所表表示示。加加工工过过程程中中，磨磨轮轮(砂砂轮轮)不不停停旋旋转转，磨磨轮轮上上凸凸出出砂砂粒粒与与工工件件接接触触，形形成成磨磨轮轮与与工工件件间间电电解解间间隙隙。电电解解液液不不停停供供给给，磨磨轮轮在在旋旋转转中中，将将工工件件表表面面由由电电化化学学反反应应生生成成钝钝化化膜膜除除去去，继继续续进进行行电电化化学学反反应应，如如此此重重复复不停，直到加工完成。不停，直到加工完成。第第59页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1电化学与机械联合作用电化学与机械联合作用第第60页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2.机械磨削方法机械磨削方法经经过过上上述述粗粗加加工工、半半精精加加工工后后，切切断断电电解解电电源源，只只用用机机械械磨磨削削方方法法进进行行加加工工，到到达达提提升升加加工工精精度度目目标标。这这种种方方法法主主要要是是利利用用电电化化学学磨磨削削高高效效率率优优点点，到到达达加加工工余余量量之之后后停停顿顿电电化化学学加加工工，无无须须更更换换磨磨轮轮就就能能进进行行精密磨削。精密磨削。采采取取成成型型石石墨墨磨磨轮轮并并与与工工件件处处于于完完全全非非接接触触状态进行电化学成型磨削。状态进行电化学成型磨削。第第61页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电解磨削加工特点（与磨削相比）电解磨削加工特点（与磨削相比）优点：优点：n加工范围广，加工效率高加工范围广，加工效率高n可提升加工精度及表面质量可提升加工精度及表面质量n砂轮磨损量小砂轮磨损量小缺点：缺点：n刃口不易尖锐刃口不易尖锐n机床、夹具等需要防锈处理机床、夹具等需要防锈处理n需要吸、排气装置需要吸、排气装置n需要直流电源、电解液过滤、循环系统等从属需要直流电源、电解液过滤、循环系统等从属设备设备第第62页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电化学磨削加工速度、精度及表面质量二、电化学磨削加工速度、精度及表面质量1影响电化学磨削加工速度原因影响电化学磨削加工速度原因生产率生产率=KIA (or =iA)K-质量电化学当量质量电化学当量g/(Ah)-体积电化学当量体积电化学当量mm3/(Ah)I-电流密度电流密度 A-导电面积导电面积n电化学当量电化学当量Kn电流密度电流密度In磨轮（阴极）与工件间导电面积磨轮（阴极）与工件间导电面积An磨削压力磨削压力压力越大，工作台走刀速度越快，阳极金属被活压力越大，工作台走刀速度越快，阳极金属被活化程度越高，生产率也越高。化程度越高，生产率也越高。第第63页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2.影响电化学磨削加工精度原因影响电化学磨削加工精度原因n电解液电解液影响阳极表面钝化膜性质，钝化膜结构疏松，对工件表面保护能力差，影响阳极表面钝化膜性质，钝化膜结构疏松，对工件表面保护能力差，加工精度就低加工精度就低n阴极导电面积和磨粒轨迹阴极导电面积和磨粒轨迹阴阳极上各点相对速度和轨迹不等，砂轮边缘线速度高，进给方向两阴阳极上各点相对速度和轨迹不等，砂轮边缘线速度高，进给方向两侧轨迹重复程度较大，磨削量多，磨出工件成中凸侧轨迹重复程度较大，磨削量多，磨出工件成中凸“鱼背鱼背”状。状。n工件材料性质工件材料性质合金成份复杂材料，不一样元素溶解速度不一样合金成份复杂材料，不一样元素溶解速度不一样n机械原因机械原因机床成形运动精度、夹具精度、磨轮精度等机床成形运动精度、夹具精度、磨轮精度等第第64页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.3.影响电化学磨削加工表面质量原因影响电化学磨削加工表面质量原因n电参数电参数工作电压、电流密度工作电压、电流密度n电解液电解液选取钝化或半钝化电解液选取钝化或半钝化电解液n工件材料性质工件材料性质n机械原因机械原因磨料粒度越细越能均匀地去除凸起部分钝化膜，磨料粒度越细越能均匀地去除凸起部分钝化膜，并使加工间隙减小，表面质量好。但过细轻易引发并使加工间隙减小，表面质量好。但过细轻易引发火花而降低质量。火花而降低质量。第第65页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、电化学磨削应用三、电化学磨削应用用用于于磨磨削削一一些些高高硬硬度度零零件件，如如各各种种硬硬质质合合金金刀刀具具、量量具具拉拉丝丝模模具具、轧轧辊辊等等。对对于于普普通通磨磨削削极极难难加加工工小小孔孔、深深孔孔、薄薄壁壁套套筒筒、细细长长杆杆零零件件等等，电电化化学学磨磨削削也也能能显显示示出出优优越越性性。对对于于复复杂杂型型面面零零件件，也也可可采采取取电电化化学学研研磨磨和和电电化化学学珩珩磨磨，电电化化学学磨磨削削加加工工应应用用范范围正日益扩大。围正日益扩大。1 1硬质合金刀具电解磨削硬质合金刀具电解磨削2 2硬质合金轧辊电解磨削硬质合金轧辊电解磨削第第66页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3 3电化学珩磨电化学珩磨用用镶镶嵌嵌在在珩珩(hng)磨磨头头上上油油石石对对工工件件表表面面施施加加一一定定压压力力，珩珩磨磨工工具具或或工工件件同同时时作作相相对对旋旋转转和和轴轴向向直直线线往往复复运运动动，切切除除工工件件上上极极小小余余量量精精加加工方法。工方法。（无磨料颗粒）（无磨料颗粒）第第67页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4 4电化学研磨电化学研磨研研磨磨利利用用涂涂敷敷或或压压嵌嵌在在研研具具上上磨磨料料颗颗粒粒，经经过过研研具具与与工工件件在在一一定定压压力力下下相相对对运运动动对对加加工工表表面面进进行行精精整整加加工工（如如切切削削加加工工）。研研磨磨可可用用于于加加工工各各种种金金属属和和非非金金属属材材料料，加加工工表表面面形形状状有有平平面面，内内、外外圆圆柱柱面面和和圆圆锥锥面面，凸凸、凹凹球球面面，螺螺纹纹，齿齿面面及及其其它它型型面面。加加工工精精度度可可达达IT501，表表面面粗粗糙糙度度可可达达Ra0.630.01微米。微米。第第68页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.73.7电铸电铸和和涂镀加工涂镀加工 电电铸铸和和涂涂镀镀加加工工在在原原理理和和本本质质上上都都是是属属于于电电镀镀工工艺艺范范围围，都都和和电电解解相相反反，利利用用电电镀镀液液中中金金属属正正离离子子在在电电场场作作用用下下，镀镀覆覆沉沉积积到到阴阴极极上上去去(增增材材加加工工)过过程程。主主要要包包含含电电镀镀、电电铸铸及及电电涂涂镀镀三三类类。它它们们之之间间有有显显著著不不一一样样之之处：处：电铸和电刷镀电铸和电刷镀8 8分分02.mp402.mp4第第69页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1电铸加工原理、特点和应用范围电铸加工原理、特点和应用范围电电铸铸原原理理如如图图4-49所所表表示示，在在直直流流电电源源作作用用下下，金金属属盐盐溶溶液液中中金金属属离离子子在在阴阴极极取取得得电电子子而而沉沉积积在在阴阴极极母母模模表表面面。阳阳极极金金属属原原子子失失去去电电子子而而成成为为正正离离子子，源源源源不不停停地地补补充充到到电电铸铸液液中中，使使溶溶液液中中金金属属离离子子浓浓度度保保持持基基本本不不变变。当当母母模模上上电电铸铸层层到到达达所所需需厚厚度度时时取取出出，将将电电铸铸层层与与型型芯芯分分离离，即即可可取取得得型型面面与与型型芯凹、凸相反电铸模具型腔零件成型表面。芯凹、凸相反电铸模具型腔零件成型表面。一、电铸加工一、电铸加工第第70页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1电铸槽；电铸槽；2阳极；阳极；3电源；电源；4沉积层；沉积层；5原模；原模；6搅拌器；搅拌器；7电铸液；电铸液；8过滤器；过滤器；9泵；泵；10加热器加热器电铸槽第第71页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电铸槽第第72页页哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电铸加工特点电铸加工特点复制精度高。能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路。复制精度高。能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路。能能取取得得尺尺寸寸精精度度高高、表表面面粗粗糙糙度度优优于于Ra0.1m复复制制品品，同一原模生产电铸件一致性好。同一原模生产电铸件一致性好。借借助助石石膏膏、石石蜡蜡、环环氧氧树树脂脂等等作作为为原原模模材材料料，可可把把复复杂杂零零件件内内表表面面复复制制为为外外表表面面，外外表表面面复复制制为为内内表表面面，然然后后再再电电铸复制，适应性广泛。铸复制，适应性广泛。电铸时，金属沉积速度迟缓，制造周期长。电铸时，金属沉积速度迟缓，制造周期长。电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为48mm左右。左右。有时存在一定原模制造和脱模困难。有时存