《秋电化学加工》PPT课件.ppt

第四章 电化学加工,1 电化学加工原理及分类2 电解加工3 电解磨削4 电铸 涂镀及复合镀加工,第四章 电化学加工,概论：电化学加工ECM(Electrochemical Machining),第一节 电化学加工概述1、电化学反应现象 电化学反应：在阳极和阴极发生的得失电子的化学反应。电化学加工原理：利用电极在电解液中的电化学作用去除材料或镀覆材料。,第一节 电化学加工的原理及分类,1.1电化学反应概念（原理图）在金属电极和溶液的界面上，必定有交换电子的反应（在阴、阳两电极表面发生电子的得失的化学反应)。,图1-1 电解液中的电化学反应,还原,还原2,1.2电化学反应的原理 图1-1所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜(CuCl2)的水溶液中，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，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，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、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的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，常用以提炼纯铜)的方法即电化学加工。,1.3电化学加工的分类（三大类）,1.利用阳极金属的溶解作用去除材料。主要有电解加工、电解抛光、电解倒棱、电解去毛刺等，用于内外表面形状、尺寸以及去毛刺等加工，例如型腔和异型孔加工、模具以及三维锻模制造、涡轮发动机叶片、齿轮等零件的去毛刺等等。2.利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工。主要有电铸、电镀、电刷镀，用于表面加工、装饰、尺寸修复、磨具制造、精密图案及印刷板复制等加工。例如复制印刷板、修复有缺陷或已磨损的零件、镀装饰层和保护层等等。,3.电化学加工与其它加工方法结合完成的电化学复合加工。主要有电解磨削、电解-电火花复合加工、电化学阳极机械加工等，用于形状、尺寸加工、表面光整加工、镜面加工、高速切割等加工。例如挤压拉丝模加工、硬质合金刀具磨削、硬质合金轧辊磨削、下料等等。,1.3电化学加工的分类（三大类）,电化学加工的分类表,1.4电化学加工的主要特点,1.适应范围广。凡是能够导电的材料都可以加工，并且不受材料机械性能的限制。2.加工质量高。因为在加工过程中没有机械切削力的存在，工件表面一般无残余应力、无变质层，也没有毛刺及棱角。3.加工过程不分阶段。可以同时进行大面积加工，生产效率高。4.电化学加工对环境有一定程度的污染。,1.5.电化学加工的适用范围,电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的不同而不同。电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。,第四章 电化学加工,1 电化学加工原理及分类2 电解加工3 电解磨削4 电铸 涂镀及复合镀加工,第二节 电解加工,2.1电解加工的原理 电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成型的。如图2-1所示，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的加工间隙(0.10.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。开始时，两极之间的间隙大小不等，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。,还原,加工过程中，工具阴极的凸出部分与工件阳极的电极间隙最小，此处的电流密度最大，单位时间内消耗的电量最多。根据法拉第定律，金属阳极的溶解量与通过的电量成正比。因此，工件上与工具阴极凸起部位的对应处比其它部位溶解更快。,随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。,2.2电解加工的特点,电解加工与其他加工方法相比较，它具有下列优点:(1)能加工各种硬度和强度的材料。只要是金属，不管其硬度和强度多大，都可加工。(2)生产率高，约为电火花加工的510倍，在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。(3)表面质量好 由于电解加工不存在机械的切削，所以工件不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺，使加工的表面质量提高。,2.2电解加工的特点,(4)阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。（5）可达到较好的表面粗糙度 在正常情况下，表面粗糙度Ra可达0.21.25 m，平均加工精度1mm左右。电解加工的缺点和局限性（1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。因为影响电解加工的间隙电场和流场稳定性的参数很多，控制比较困难，加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只能达到0.150.30 mm；加工时杂散腐蚀也比较严重；（2）电极工具的的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产；,2.2电解加工的特点,（3）电解加工的设备较多，占地面积大，机床要有足够的刚度和防腐蚀的性能，造价高（4）电解产物需进行妥善处理，防止污染环境。,2.3电解加工的设备,三部分组成，包括：直流电源，机床，电解液系统。直流电源 常用的直流电源为硅整流电源和晶闸管整流电源。,电解液系统,在电解加工过程中，电解液不仅作为导电介质传递电流，而且在电场的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的工作液的作用是不同的。同时电解液也担负着及时把加工间隙内产生的电解产物和热量带走的任务，起到更新和冷却的作用。,2.基本要求 保证足够的蚀除速度 即电解质有较高的溶解度和离解度。保证较高的精度和表面质量 即电解液中的金属阳离子不应放电沉积到阴极工具上。阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物。主要是便于废液处理。具有性能稳定、操作安全、价格便宜及对设备腐蚀性小的特点。,电解液系统,电解液系统,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。其中中性盐溶液的腐蚀性较小，使用时较为安全，故应用最广。常用的电解液有NaCl、NaNO3、NaClO3 三种。,电解液系统,（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的工件表面也被电解，成型精度难于控制，复制精度差；对机床设备腐蚀性大，故适用于加工速度快而精度要求不高的工件加工。常用的电解液温度为2535，但加工钛合金时，必须在40以上。,电解液系统,（2）NaNO3电解液是一种钝化型电解液，在浓度低于30%时，对设备、机床腐蚀性很小，使用安全，成型精度比较高，价格也不高。但生产效率低，需较大电源功率，加工时在阴极有氨气析出，NaNO3 会被消耗。（3）NaClO3电解液的散蚀能力小，故加工精度高，对机床、设备等的腐蚀很小，广泛地应用于高精度零件的成型加工。然而价格较贵，且NaClO3是一种强氧化剂，虽不自燃，但遇热分解的氧气能助燃，因此使用时要注意防火安全。由于使用过程中，NaClO3电解液中的Cl离子不断增加，电解液消耗，且Cl离子增加后杂散腐蚀作用增加，故在加工过程中要注意Cl离子质量浓度的变化。,电解液的流向及流速 流向：正向流动、反向流动和横向流动。,流速：由电解液泵的出口压力决定，一般为10ms。电流密度大时，流速应适当调高。,2.3电解加工的设备,三部分组成，包括：直流电源，机床，电解液系统。机床电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。它与一般金属切削机床相比，有其特殊要求：（1）有足够的刚性（2）稳定的进给速度（3）防腐绝缘与好的安全措施 注：与前面的优缺点相对应。,电解加工机床,2.4 电解加工的应用范围 电解加工首先在国防工业中成功地用于加工炮膛线，60年代发展较快。但因加工精度不够高等因素一度发展缓慢，近年来对电解加工工艺规律的研究有所突破，终于使这项工艺获得较为广泛的应用。,2.4 电解加工的应用范围,1 深孔加工、2 叶片(型面)加工、3 锻模(型腔)加工、4 管件内孔抛光、5各种型孔的倒圆和去毛刺、6整体叶轮的加工。,1）.电解加工锻模型腔 由于电火花加工的精度容易控制，多数锻模的型腔采用电火花加工。但电火花加工的生产率较低，因此对精度要求不太高的矿山机械、汽车拖拉机所需锻模，正逐步采用电解加工。图1-22所示为连杆锻模型腔电解加工的示意图。,2.4 电解加工的应用范围,2.4 电解加工的应用范围,2.电解加工整体叶轮,2.4 电解加工的应用范围,2）.电解加工整体叶轮 叶片是喷气发动机、汽轮机中的关键零件，它的形状复杂，精度要求高，生产批量大。采用电解加工，不受材料硬度和韧性的限制，在一次行程中可加工出复杂的叶片型面，比机械加工有明显的优越性。采用机械加工的方法制造叶轮时，叶片毛坯是精密铸造的，经机械加工和抛光、再分别镶入叶轮轮缘的榫槽中，最后焊接形成整体叶轮。,2.4 电解加工的应用范围,这种方法加工量大，周期长，质量难以保证。电解加工整体叶轮时，如图1-23所示，只要先将整体叶轮的毛坯加工好，则可用套料法加工。每加工好一个叶片，退出阴极，分度后再依次加工下一个叶片。这样不但可以大大缩短加工周期，而且可保证叶轮的整体强度和质量。,3）.电解去毛刺机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小难以去除。而采用电解去毛刺，则可以提高工效，节约费用。图1-24所示，为采用电解法去除齿轮毛刺。利用电解加工，不仅可以完成上述重要的工艺过程，而且还可以应用于深孔的扩孔加工、型孔加工以及抛光等工艺过程中。,2.4 电解加工的应用范围,4）深孔扩孔加工P105,2.4 电解加工的应用范围,5）型孔加工,2.4 电解加工的应用范围,6）电解刻字,2.4 电解加工的应用范围,7）电解抛光 电解抛光也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，它只是一种表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力学性能，而不用于对工件形状和尺寸加工。它和电解加工的主要区别是工件和工具之间的加工间隙大，这样有利于表面的均匀溶解；电流密度也比较小；电解液一般不流动，必要时加以搅拌。,2.4 电解加工的应用范围,第四章 电化学加工,1 电化学加工原理及分类2 电解加工3 电解磨削4 电铸 涂镀及复合镀加工,第三节.电解磨削,一.加工原理及特点1.加工原理电解磨削是电解加工的种特殊形式，是电解与机械的复合加工方法。它是靠金属的溶解(占95%98%)和机械磨削(占2%5%)的综合作用来实现加工的。加工原理如图4-1所示。加工过程中，磨轮(砂轮)不断旋转，磨轮上凸出的砂粒与工件接触，形成磨轮与工件间的电解间隙。电解液不断供给，磨轮在旋转中，将工件表面由电化学反应生成的钝化膜除去，继续进行电化学反应，如此反复不断，直到加工完毕。,图4-1 电解磨削加工原理图,磨粒的主要作用是去除阳极钝化膜和平整工件表面。,电解磨削时，工件接直流电源的正极，导电磨轮接负极。导电磨轮与工件之间保持一定的接触压力，凸出的磨料使工件与磨轮的基体金属之间构成一定的间隙，电解液经喷嘴输入间隙中。在加工中，磨轮不断旋转，将工件表面由化学反应形成的硬度较低的钝化膜刮去，新金属露出，继续产生电化学反应，达到加工要求。,一.加工原理及特点,电解磨削的阳极溶解机理与普通电解加工的阳极溶解机理是相同的。不同之处在于：电解磨削中，阳极钝化膜的去除是靠磨轮的机械加工去除的，电解液腐蚀力较弱；而一般电解加工中的阳极钝化膜的去除，是靠高电流密度去破坏(不断溶解)或靠活性离子(如氯离子)进行活化，再由高速流动的电解液冲刷带走的。,图4-1 电解磨削加工原理图,一.加工原理及特点,1导电砂轮 2电解液 3工件,2.特点(1)磨削力小，生产率高。这是由于电解磨削具有电解加工和机械磨削加工的优点。（尤其是加工高硬度高韧性的金属时，与金刚石砂轮磨削硬质合金相比，工效提高3-5倍）(2)加工精度高，表面加工质量好。因为电解磨削加工中，一方面工件尺寸或形状是靠磨轮刮除钝化膜得到的，故能获得比电解加工好的加工精度；另一方面，材料的去除主要靠电解加工，加工中产生的磨削力较小，不会产生磨削毛刺、裂纹等现象，故加工工件的表面质量好。磨一般材料表面粗糙度可达Ra0.1m，磨硬质合金可达镜面。,一.加工原理及特点,2.特点(3）砂轮寿命长。与金刚石砂轮磨削硬质合金相比，砂轮消耗降低90%，大降低砂轮成本。(3)设备投资较高。其原因是电解磨削机床需加电解液过滤装置、抽风装置、防腐处理设备等。（设备需防锈，劳动条件差，磨刀具刃口不锋利）,一.加工原理及特点,二.电解液与电解磨削设备,1.电解液 要求：能使金属表面生成结构紧密、粘附力强的钝化膜；具有良好的导电性；对机床、夹具腐蚀性小；对人体无危害，确保操作安全；价格低廉，来源丰富，在加工中不易损耗。常用电解液：电解磨削碳钢以NaNO3、KNO3、NaNO2等为主的；磨削硬质合金时，除了NaNO3或KNO3外，还应加入适当的“络合剂”或其它物质。,2.电解磨削设备 组成：直流电源，电解液系统和电解磨床。直流电源：电压520V内可调，最大工作电流视加工面积和生产率可自101000A不等。循环泵：耐蚀性强，具有过滤和沉淀杂质、抽风装置。电解磨床：与普通磨床类似，机床主轴应保证砂轮工作面的偏摆量不大于0.010.02mm。工具、夹具和机床间应有绝缘措施，防腐措施。,二.电解液与电解磨削设备,图4-2 电解成型磨削原理图,图4-3 电解研磨加工,三 导电磨轮,导电磨轮一般由铜粉和磨料加压烧结而成。可用铜、树脂、石墨作结合剂，以人造金刚石、氧化铝、碳化硅为磨料制成。为了获得一定的加工间隙，使磨粒凸出于磨轮导电基体一定高度，可采用“反电解”方法获得 所谓“反电解”，就是与正常加工相反，将磨轮接正极，另一铜片接负极放在电解液中，慢慢转动磨轮使磨轮导电基体电解，露出磨料颗粒。,图4-1 电解磨削加工原理图,四 影响电解磨削的因素,(1)工作电压（升高工作电压，则电流密度增大，加速阳极溶解，生产效率高，但对加工精度和表面质量不利。）(2)磨削压力（磨削压力以不产生火花放电又能刮除氧化膜为原则，一般为0.10.3MP。）(3)工件和磨轮的接触面积。（接触面积大，生产率高，尽量保持较大的接触面积。）(4)磨轮的线速度。（在一定范围内，线速度高，生产率高。一般为2030m/s。）(5)电解液的供给量和浓度。（电解液的流量随加工方式而定；电解液浓度一般控制在10%左右。）,五 电解磨削的应用,适合加工硬质合金、高温合金、钛合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。可用于平面磨削、成形磨削和内外圆磨削。,第四章 电化学加工,1 电化学加工原理及分类2 电解加工3 电解磨削4 电铸 涂镀及复合镀加工（阴极沉积、涂覆加工）,一、电铸加工,1电铸加工的原理和特点,原模,电铸层,电铸材料,含电铸材料的金属盐溶液,原理与电镀相同。用导电的原模作阴极，电铸材料作阳极，含电铸材料的金属盐溶液作电铸液。在直流电的作用下，阳极金属被腐蚀成为金属离子进入电铸镀液，阴极原模上电铸层逐渐加厚。当达到预定厚度时，设法与母模分离并取出，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。,电铸是利用金属的电解沉积，翻制金属复制品的加工方法。,（1）原理,图3-1 电铸成型的原理,（2）特点,1）复制精度高。可用制品作为母模，准确地复制形状复杂的成形表面和细微纹路，制件表面粗糙度小，用同一原模能生产多个电铸件，复制品一致性好。,2）设备简单、操作容易，成本低。,3）电铸速度慢；电铸件厚度薄，壁厚不均匀；尺寸大而薄的铸件容易变形。,4)适用制作塑料模型腔，耐腐蚀性好但不宜受冲击。,5)可把零件的内表面加工转为母模的外表面加工，制 造机械加工无法加工的复杂形面。,6)通过电铸加工可获得高纯度的电极，导电性好。,7)电铸件有较好的机械强度，不需热处理淬硬。,电铸成型的一些局限性：(1)电铸时，金属沉积速度缓慢，制造周期长，一般每小时电铸金属层为0.020.5 mm。如电铸镍，一般需要一周左右。(2)电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为48 mm左右。电铸层一般都具有较大的应力，所以大型电铸件变形显著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就使电铸成型的应用受到一定的限制。(3)有时存在一定的脱模困难。,（3）电铸加工的应用如下：,1）可复制精细的表面轮廓花纹。如唱片模，工艺美 术品模，纸币、证券、邮票的印刷版等。,2）可按制品复制注塑模具和玻璃模型腔，型腔耐腐 蚀性好。,4）可制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件。如波导管等。,5）可制造表面粗糙度标准样块、反光镜、表盘、异 型孔喷嘴等特殊零件。,3）电铸电火花型腔加工用的电极，导电性好。,(4)电铸材料及用途,1）电铸镍，适用于小型塑料模型腔复制和高精度内表面的加工。质量好，强度和硬度好，表面粗糙度小，电铸时间长，价格昂贵。,2）电铸铜，用于电铸电极和电铸镍壳的加固层。导 电性好，价格便宜，强度和耐磨性差，不耐酸。,3）电铸铁，用于电铸镍壳的加固层和修补磨损的机 械零件。成本低，质量差，易腐蚀。,2、电铸设备,电铸设备主要包括电铸槽、直流电源、恒温控制备、水位自动控制设备、电子换向器和搅拌过滤系统。,（1）电铸槽 由铅板、橡胶或塑料等耐腐蚀材料作衬里，小型的可用陶瓷、玻璃或搪瓷容器。,（2）直流电源 采用低电压大电流的直流电源，常用硅整流或可控硅直流电源。,（3）恒温控制设备 保证电铸液温度基本不变。包括加热器、温度计和恒温控制器。,(4)电子换向器 为了改善电铸时尖端放电现象，定期改变阳极及母模的电流方向，而采用电子换向器。,(5)搅拌过滤系统 为了降低电铸液浓度差，加大电流密度，应有搅拌器。为了除去工作液中的固体杂质，应有循环过滤系统。,3、电铸成形工艺过程,母模设计与制造母模表面处理电铸至规定厚度脱模和加固清洗干燥辅助机械加工成品,（1）母模设计与制造,母模的形状与型腔相反，母模尺寸应考虑材料收缩率，沿型腔深度方向应加长58mm，以备电铸后切除端面的粗糙度部分。,对需脱模的母模，电铸表面应有1530的脱模斜度，并进行抛光，使表面粗糙度达Ra0.160.08，同时需考虑脱模措施和电铸时的挂装位置。,在母模的轮廓较深的底部凹、凸不能相差太大，同时尽量避免尖角。,母模常用材料有：不锈钢、中碳钢、铝、铜、低熔点合金、有机玻璃、塑料、石膏、石蜡等。,母模所用材料有金属和非金属材料之分，其中又可分为可熔型不可熔型等，可根据不同需要进行选择。制造母模的各种材料及其优缺点可参见表4.8。,(2)母模表面处理,1）金属母模须钝化处理或镀脱模层处理。钝化处理一般用重铬酸盐溶液处理；镀脱模层一般是镀8-10m厚的硬铬；,形状复杂的母模，可先镀镍再镀铬；脱模困难的深型腔，先喷上一层聚乙烯醇感光剂，经曝光烘干后进行镀银处理。,用低熔点合金制成的母模不需要镀脱模层。,2）石膏或木材制成的母模须防水处理。在电铸前可用喷漆或浸漆的方法进行防水处理。用石膏制成的母模还可采用浸石蜡的方法进行防水处理。,3)非金属母模镀导电层处理 非金属不导电，不能直接电铸加工，因此要经过镀导电层处理。镀导电层处理一般是在防水处理后进行的。,可以采用导电漆的涂敷处理、真空涂膜或阴极溅射处理，常用的是采取化学镀银或化学镀铜处理。为了得到良好的导电层，一般母模需要经两次镀导电层处理，而石膏母模则需进行三次镀银处理。,4)引导线及包扎处理 母模经镀起模层处理及镀导电层处理后需进行引导线及包扎处理，其目的是使导电层能够在电沉积操作过程中良好地通电，并将非电铸表面予以隔离。,(3)脱模和加固 电铸件壁厚较薄，一般要用其它材料在其背面加固，防止变形，机械加工后再镶入模套，最后脱模。,常用的脱模方法有：脱模架脱模、化学溶解母模、加工热熔化母模、加热或冷却胀缩分离。,螺钉脱模,金属母模脱模比较困难，常用脱模架或螺钉脱模。可以用旋转螺钉的方法进行起模。,end,如果母模带有螺旋槽，其起模可用图示方法，使铸件6随母模5沿轴线旋转而起模。,金属母模用起模架和螺栓将型芯拉出分离的专用工具。,非金属母模(例如有机玻璃)在加热软化后脱模则比较方便，一般加热温度为100200，等到冷却至7080即可将母模取出。,铝制母模可用氢氧化钠溶液溶解母模，对镍层无损伤。黄铜母模可用硝酸溶液溶解母模，对铬层无损伤。,低熔点合金和石蜡母模可加热熔化，对电铸层无损伤。,较浅的型腔甚至可直接用开水加热后起模，但是母模容易受热变形、损坏。,加固的方法有喷涂金属、无机粘结、铸铝、浇环氧树脂或低熔点合金。,1）喷涂金属一般在电铸件的外层进行，达到一定厚度后机加工。,2）无机粘结是将电铸件镶入配车的钢套内用无机粘结剂粘结在一起。粘结层厚度为0.20.3mm。,3）铸铝是在电铸件的背后加固。,4）浇环氧树脂或低熔点合金是浇铸在电铸电极的内壁，防止电极加工时变形。,电铸型腔与模套组合形式1卸模架；2型芯；3电铸型腔；4粘接剂；5模套；6垫板,最常用的加固方法是采用模套进行加固。加固后再对型腔外形进行起模和机械加工。模套是按电铸件配作的金属套。模套与电铸件之间有少量间隙，在模套内孔和电铸型腔外表面涂一层无机粘结剂后再进行压合，以加强配合强度。,4、电铸加工实例,实例1 刻度盘模具型腔电铸工艺过程：,（1）母模制作 用45号钢制作，表面粗糙度为Ra0.01m。为方便母模和电铸件加工时的装夹，母模上作一M36的工艺螺孔。,为进行引导线及包扎处理，母模中心和四周准备了小螺孔。,（2）脱模层处理：镀硬铬810m。,（3）引导线及包扎绝缘处理：用胶木螺钉将绝缘板与母模非铸面固定成一体，导电杆外部套塑料管后拧入母模。,（4）电铸：电铸层为45mm时停止电铸。,（5）电铸后处理：将铸取下后拧入带螺纹的芯轴，夹芯轴车铸件外圆及台阶，按铸件外圆配车铜镶套。铸件与铜套涂无机粘结剂后装配，粘结剂厚度为0.20.3mm。再用芯轴定位和夹紧，车镶套外圆和中间孔。取出母模，即得到刻度盘模具型腔。,实例2 精密细微喷嘴内孔电铸工艺过程：,表面质量和尺寸精度要求很的精密异形小孔的加工，用除去材料的方法加工是很困难的，而采用精密电铸的方法比较容易解决。,镀铬层,黄铜型芯,电铸镍层,内孔镀铬层,二、电解磨削,1、电解磨削原理,电解磨削是电解作用和机械磨削相结合的一种复合加工方法。在电解磨削过程中，工件绝大部分余量（98%）由电解作用去除，小部分由磨削切除。磨粒的主要作用是去除阳极钝化膜和平整工件表面。,电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理加工。加工时，工具电极接直流电源阴极，工件接阳极，两极之间保持一定的间隙，一定压力的电解液从两极间高速流过，将电解产物冲走。,电解加工效率比电火花加工高四倍以上，电极损耗极小，可长期使用。,电解磨削时，工件接直流电源的正极，导电磨轮接负极。导电磨轮与工件之间保持一定的接触压力，凸出的磨料使工件与磨轮的基体金属之间构成一定的间隙，电解液经喷嘴输入间隙中。在加工中，磨轮不断旋转，将工件表面由化学反应形成的硬度较低的钝化膜刮去，新金属露出，继续产生电化学反应，达到加工要求。,2、电解磨削的特点,1）加工高硬度高韧性的金属效率高。与金刚石砂轮磨削硬质合金相比，工效提高35倍。,2）加工精度高、表面质量好。磨一般材料表面粗糙度可达Ra0.1m，磨硬质合金可达镜面。,3）砂轮寿命长。与金刚石砂轮磨削硬质合金相比，砂轮消耗降低90%，大降低砂轮成本。,4）设备需防锈，劳动条件差，磨刀具刃口不锋利。,3、电解磨床,电解磨床由机床、电解电源和电解液系统三部分组成。,（1）机床主轴与床身绝缘，主轴要有足够的精度，有机动慢速转动功能。机床有防腐措施。,（2）电解电源一般用硅整流直流电源，有无级调压和稳压装置。用石墨磨轮加工硬质合金时，采用交流电源。,（3）电解液系统由电解液箱、泵、管道和喷嘴组成。,电解液喷射方式有三种：标准式用于一般加工；直接式用于大批量生产；刮板式用于加工精度要求的工件。,4、导电磨轮,导电磨轮一般由铜粉和磨料加压烧结而成。可用铜、树脂、石墨作结合剂，以人造金刚石、氧化铝、碳化硅为磨料制成。,为了获得一定的加工间隙，使磨粒凸出于磨轮导电基体一定高度，可采用“反电解”方法获得。,所谓“反电解”，就是与正常加工相反，将磨轮接正极，另一铜片接负极放在电解液中，慢慢转动磨轮使磨轮导电基体电解，露出磨料颗粒。,石墨磨轮不能“反电解”，适合加工批量小、形状复杂、精度要求不高的工件。可加工硬质合金。,金刚石导电磨轮适合磨削硬质合金。,氧化铝导电磨轮适合加工除硬质合金以外的各种钢料。适合加工批量大、精度高的工件。,5、电解液,电解液主要成份有硝酸钠、亚硝酸钠或氯化钠、次氯酸钠。前者用于磨硬质合金，后者用于磨高温合金。,6、影响电解磨削的因素,(1)工作电压（升高工作电压，则电流密度增大，加速阳极溶解，生产效率高，但对加工精度和表面质量不利。）,(2)磨削压力（磨削压力以不产生火花放电又能刮除氧化膜为原则，一般为0.10.3MP。）,1.3 电铸成型1电铸成型原理及特点1)成型原理与大家熟知的电镀原理相似，电铸成型是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。但电铸与电镀又有不同之处，电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。而电铸则要电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。,电铸原理如图3-1所示，在直流电源的作用下，金属盐溶液中的金属离子在阴极获得电子而沉积在阴极母模的表面。阳极的金属原子失去电子而成为正离子，源源不断地补充到电铸液中，使溶液中的金属离子浓度保持基本不变。当母模上的电铸层达到所需的厚度时取出，将电铸层与型芯分离，即可获得型面与型芯凹、凸相反的电铸模具型腔零件的成型表面。,图3-1 电铸成型的原理,2)特点(1)复制精度高，可以做出机械加工不可能加工出的细微形状(如微细花纹、复杂形状等)，表面粗糙度Ra可达0.1 m，一般不需抛光即可使用。(2)母模材料不限于金属，有时还可用制品零件直接作为母模。(3)表面硬度可达3550HRC，所以电铸型腔使用寿命长。(4)电铸可获得高纯度的金属制品，如电铸铜，它纯度高，具有良好的导电性能，十分有利于电加工。,(5)电铸时，金属沉积速度缓慢，制造周期长。如电铸镍，一般需要一周左右。(6)电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为48 mm左右。电铸层一般都具有较大的应力，所以大型电铸件变形显著，且不易承受大的冲击载荷。这样，就使电铸成型的应用受到一定的限制。2电铸设备电铸设备(如图3-1所示)主要包括电铸槽、直流电源、搅拌和循环过滤系统、恒温控制系统等。,1)电铸槽电铸槽材料的选取以不与电解液作用引起腐蚀为原则。一般用钢板焊接，内衬铅板或聚氯乙烯薄板等。2)直流电源电铸采用低电压大电流的直流电源。常用硅整流，电压为612 V左右，并可调。3)搅拌和循环过滤系统为了降低电铸液的浓差极化，加大电流密度，减少加工时间，提高生产速度，最好在阴极运动的同时加速溶液的搅拌。搅拌的方法有循环过滤法、超声波或机械搅拌等。循环过滤法不仅可以使溶液搅拌，而且在溶液不断反复流动时进行过滤。,4)恒温控制系统 电铸时间很长，所以必须设置恒温控制设备。它包括加热设备(加热玻璃管、电炉等)和冷却设备(冷水或冷冻机等)。3电铸加工的工艺过程,原模表面处理,电铸至规定尺寸,衬背处理,脱模,清洗干燥,成品,4电铸的应用电铸具有极高的复制精度和良好的机械性能，已在航空、仪器仪表、精密机械、模具制造等方面发挥日益重要的作用。,电解抛光,电解抛光原理 电解抛光也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，它只是一种表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力学性能，而不用于对工件形状和尺寸加工。它和电解加工的主要区别是工件和工具之间的加工间隙大，这样有利于表面的均匀溶解；电流密度也比较小；电解液一般不流动，必要时加以搅拌。,第三节 阴极沉积、涂覆加工,和电解加工相反，利用电解液中金属正离子再外加电场的作用下沉积到阴极的工程对工件进行加工的方法为阴极沉积加工，属于电镀的范畴，常见的有电镀、电铸、涂镀复合镀及光电成型等，他们的加工原理基本相同，但有几种加工形式有明显的不同。,3.1电铸（原理图）电铸加工的原理为：用可导电的原模作阴极，电铸材料作阳极，电铸材料的金属盐溶液作电铸液，在直流电源的作用下，溶液中金属离子在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀复在阴极原模表面，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入镀液，对金属离子进行补充，以保持其浓度基本不变。阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。电铸加工的主要工艺过程为：原模表面处理电铸至规定厚度衬背处理脱模清洗干燥成品。,电铸加工原理图 1 电铸槽 2阳极 3直流电源 4电铸层 5原模 6搅拌器 7电铸液 8过滤器 9泵 10加热器,3.2电铸加工的特点（1）能准确的、精密的复制复杂型面和细微纹路。（2）能获得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1um的复制品，同一原模生产的电铸件一致性好。（3）借助石膏、石蜡、环氧树脂等作为原模材料，可把复杂的零件的内表面复制为外表面，外表面复制为内表面，然后在电铸复制，适应性广泛,3.3电铸加工主要用于（1）复制精细的表面轮廓花纹。（2）复制注塑用的模具、电火花型腔加工用的电极工具。（3）制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件。（4）制造表面粗糙度标准样块、反光镜、表盘、异形孔喷嘴等特殊零件。,3.4电铸过程的要点（1）溶液必须连续过滤，已除去电解质水解或硬水形成的沉淀、阳极夹杂物和尘土等固体悬浮物，防止电铸件产生针孔、疏松、瘤斑和凹坑等缺陷。（2）必须搅拌电铸液，降低溶度极化，以增大电流密度，缩短电铸时间。（3）电铸件凸出部分电场强。镀层厚，凹入部分电场弱，镀层薄。为了是厚度均匀，凸出部分应加屏蔽，凹入部分要加装辅助阳极。（4）要严格的控制电铸液的成分、浓度、酸碱度、温度、电流密度等，以免铸件内应力过大导致变形、起皱、开裂或剥落。通常开始时电流宜稍小，以后逐渐增大。中途不能停电，以免分层。,3.4电铸加工的实例 筛网的制造（p122）,第四章 电化学加工,一、电解加工过程及其特点工件接电源的正极，工具接电源（1020V）的负极，工具向工件缓慢进给，电解液从间隙（0.11mm）中流过，这样阳极不断被溶解，电解产物被带走。,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,二、电解加工原理在加工刚开始的时候，距离近的电流大，电解质的流速也快，电解速度就快；距离远的电流小，电解速度就慢，这样在正极上就可以形成与阴极一样的形状。,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,三、电解加工特点加工范围广；生产率高：试电火花的510倍；较好的表面光洁度：粗糙度：Ra0.21.25；没有残余应力，没有飞边毛刺；阴极工具使用寿命长；不足：加工精度较低，电极设计较困难，有污染，造价高,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,四、电解加工的电极反应钢在NaCl水溶液中的电极反应：阳极，Fe溶解成为Fe+2，随后沉淀。阴极，析出氢气；而Na，Cl都不消耗。但高碳钢，铸铁都不适宜电解加工；,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解液作用：传递电流；进行化学反应；带走电解产物；要求：较高的溶解度，较高的电导率；较高的加工精度和表面质量；阳极反应的最终产物是不溶性的化合物；基本类型：NaCl电解液蚀除速度高，精度差；NaNO3电解液速度慢，精度较高；NaClO3电解液速度高，精度高，价格贵；,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律生产率及其影响因素：金属的电化学当量和生产率的关系：m=KIt;V=It;引入效率；则：m=KIt;V=It电流密度与生产率的关系：电极间隙大小与蚀除速度的关系：固定阴极：,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律2.精度形成规律：端面平衡间隙，一般为：0.120.8，合适的为：0.250.3任何时刻的加工间隙：,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律2.精度形成规律：法向平衡间隙，,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律2.精度形成规律：侧面平衡间隙，,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律2.精度形成规律：平衡间隙的应用电极形状尺寸工件形状尺寸工件形状尺寸电极形状尺寸分析加工精度选择加工参数,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律2.精度形成规律：影响加工间隙的其他因素：电流效率；尖角效应；电解液的流动方向；电压的稳定性,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,五、电解加工的基本规律3.表面质量：正常可以达到：Ra1.250.16!影响因素：合金成分及组织；工艺参数（电流密度，电解液的流速，电解液的温度）；阴极的表面质量,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,六、提高电解加工精度的途径1.脉冲电流电解加工；消除加工间隙内电解液电导率的不均匀性；氢气析出是断续的可以起到搅拌作用；2.小间隙电解加工；蚀除速度与加工间隙成反比，当间隙小，那么突出部分的蚀除速度加快，可以提高加工精度；3.改进电解液；添加其他成分；采用低质量分数的电解液；4.混气电解加工；增加了电解液的电阻率，减少杂散腐蚀；减低电解液的密度和黏度，增加流速，均匀流场。,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,七、电解加工的基本设备1.直流电源：常用的为硅整流电源，晶闸管整流电源；无级调压，脉冲电源；,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,七、电解加工的基本设备2.机床：要求：机床的刚性，进给速度的稳定性，防腐绝缘，安全措施；类型和设计要点：阴极固定式机床；阴极移动式机床：立式，卧式；进给系统：大多采用伺服电机和直流电机无级调速；为了避免爬行现象，采用滚珠丝杆传动，滚动导轨；材料：与电解液接触的部分采用不锈钢材料；也可在工作台四周用锌板镶上.,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,七、电解加工的基本设备3.电解液系统组成：泵，电解液槽，过滤装置，管道，阀等；泵采用多级离心泵；电解液的净化：自然沉淀，介质过滤，离心过滤,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,八、电解加工工艺及其应用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、电解到棱除毛刺；7、电解刻字；8、电解抛光；9、数控展成电解加工；,特种加工技术,第二节 电解加工,第四章 电化学加工,一、电解磨削的基本原理和特点电解磨削=电解+机械磨削；金属主要靠电化学作用实处；砂轮磨去钝化膜,特种加工技术,第三节 电解磨削,第四章 电化学加工,二、影响电解磨削生产率和加工质量的因素（1）影响生产率：电化学当量单位电量理论上所能电解蚀除的金属量；电流密度：提高电流密度磨轮与工件间的导电面积：接触面积大，通过的电量就多；磨削压力：压力大，生产率高；,特种加工技术,第三节 电解磨削,第四章 电化学加工,二、影响电解磨削生产率和加工质量的因素（2）影响加工精度：电解液：一般选择pH值79；阴极导电面积和磨粒轨迹：被加工材料的性质：合金不同元素的电极电位不同机械因素：,特种加工技术,第三节 电解磨削,第四章 电化学加工,三、电解磨削的应用（1）硬质合金刀具的电解磨削：（2）硬质合金轧辊的电解磨削：（3）电解珩磨（4）电解研磨,特种加工技术,第三节 电解磨