电解加工的理论及应用.ppt

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1、第四章 电解加工的理论及应用,电火花加工存在的问题：生产率低电极损耗表面粗糙度大热应力、表面变质层电热物理蚀除：熔化、气化、破碎寻求更高、更精的加工方法电解加工诞生 电解加工：生产率高 表面粗糙度小 电极不损耗 无应力,电化学蚀除：溶解1834年法拉第电解定律1951年苏联发表了电解加工20世纪50年代末，英国展出了电解加工机床1958年大跃进，我国开始搞 847厂（西安昆仑机械厂），叶片，火炮膛线1992年苏联还用电火花加工叶片，一个需一个月加工时间，北京用电解方法加工涡轮叶片,电化学加工：,阳极溶解：电解加工、电解磨削、电化学抛光、电解珩磨、电解研磨阴极沉积：电铸、电镀、电刷镀（涂镀）电解

2、加工：是利用电化学的阳极溶解来将工件加工成形的。,电解加工的理论基础,电解加工诸要素及相互关系,电解加工的理论基础,电解加工间隙中的电化学阳极溶解理论电解加工间隙中的电场理论电解加工间隙中的流场理论,电解加工间隙中的电场特性理论,分析电解加工间隙电场中的电位、电流分布及其对电解加工成型规律的影响电场分为三种：静电场 导电媒质中的电场 有电流通过的导电媒质周围介质中的电场。,一、导电媒质中的电场,导电媒质的主要特征是媒质的电导率0，某媒质内有电场存在时，就有电流流动，电流场的分布特征用电流密度i来表示。i与电场强度E的关系为电流总是由高电位流向低电位方向的用电流线和等位面对导电媒质中的电场进行直

3、观的几何描述。电场中各点的电流线总是与通过该点的等位面正交，而电力线正向指向电位降低的方向。,电解加工间隙中的电场分布,间隙中充满高速流动的电解液，在电场作用下电解液中 正离子工具阴极 负离子工件阳极 工件阳极工具阴极的正向电流构成了电流场。电解加工过程进入平衡加工状态电场参数均不随时间变化，只是位置的函数，间隙电场属于稳恒电流场，而且是无源的稳恒电流场；电位分布符合拉普拉斯方程,边界条件,边界条件：将电极与电解液接触界面上的电位分布(大部分为极化电位)归结为阴、阳极极化电位总和(通常又简化为一常量即分解电压)；将阴极、阳极表面各视为不同电位的等位面。即 阳极面上阴极面上阳极加工面电解去除速度

4、 阳极加工面电解去除速度与阴极垂直送进速度的关系为：,边界条件,为阳极某处电解面的法向与阴极送进速度 的夹角；沿阳极表面各处法向的电位变化率为：,电解加工间隙中电位分布的数学模型方程组,阳极表面边界条件：阴极表面边界条件：,电场中各点的电位，一般地=(x、y、z)；U阳极表面电位值；n阳极表面各处的法向坐标；阴极送进速度与阳极表面法向之间的夹角；电流效率，一般地=(i)；0=0处的；i电流密度，一般认为，间隙中沿阳极表面同一法线上各点的i相同，故可写作i=i()i 0=0处阳极表面法向上的电流密度；电解液的导电率，一般地，受电解液浓度、温度和电解液中含气率的影响，=(),电解加工间隙中的电场分

5、布,基于电场分布的电解加工成型规律的研究,根据所要电解加工的零件图而设计工具阴极；根据工具阴极的几何形状预测被加工工件阳极的形状 成型规律，即加工间隙的时、空分布受多种因素的影响 简化电场、近似处理的成型规律,一、简化电场、近似处理的成型规律的研究,(1)沿电流线方向，电位梯度不变；换言之，在同一电流线上，有相同的电场强度。(2)从阳极等位面(a=U)开始，到阴极等位面(c=0)止，电位逐渐减小，等位面与电流线正交，电流线由阳极指向阴极。(3)取电流效率为常数(对NaCl电解液在任何电流密度条件下可取为常数；对NaNO3电解液在高于一定的电流密度条件下可近似为常数)；在同一电流线上取电解液导电

6、率相同。,简化电场、近似处理的成型规律的研究,在同一电流线上，电流密度相同；约定加工处于平衡状态，且电解加工间隙很小(0.11mm)，在工件被加工表面法向与工具阴极表面法向间夹角不大的情况下，近似认为电流线同时垂直工件及阴极表面，取电力线的直线长度替代实际呈弧线形状的电力线。求解电解加工之间隙长度问题就转化为求解相应处电力线长度的问题，可采用欧姆定律建立起近似(即直线)电流线长度与加工电压的关系；基于法拉第电解定律导出阳极表面电解速度的大小以及最终阴、阳极型面相互之间的几何关系。,成型规律的方程组,在加工平衡状态：,成型规律的方程组,E电解加工的阴、阳极电极电位值总和；U 间隙电解液中的电压降

7、(V)；i电流密度(Acm2)；电解液导电率1cm)；电解加工间隙（c cm）；阴极送进速度与工件阳极表面法向之问的夹角；对应处的法向平衡加工间隙（cm）；b对应处的平衡加工间隙，通常又称端面平衡间隙(cm)；a 阳极被加工表面的法向腐蚀速度，通常简称为工件加工速度(cms)；工具阴极送进速度(cms)；电流效率 体积电化当量(crn3A s)。,基于简化电场的成型规律描述cos,加工间隙和电流线的瞬时变化示意图,令阳极Sa点处的l(t,Sa)=0，则阴极型面Sc点处l(t,Sc)=l；设Sa点处电解速度有(t,Sa)且沿型面法向指向型面内。,工具阴极以v速度向工件阳极送进，在t时刻加工间隙中

8、电流线分布如图所示。,电流线由阳极型面Sa点自法向出发，到工具阴极型面Sc点(法向)终止，设电流线为l，电流线不仅有长度，而且还具有空间方位，故采用矢量l表示。,电流线在t时刻变化的微分方程,d ldt=a(t,Sa)d l=a(t,Sa)dt 取电流线l作为加工间隙，则有：ddt=a(t,Sa)d=a(t,Sa)dt揭示了由于工具阴极相对工件阳极的送进速度不同，则引起电场分布，或者说加工间隙分布随时间、空间的变化而变化;如果a(t,Sa)=，则显见，进入加工平衡状态，电场分布、间隙分布均进入稳恒状态，不再随时间而变化。,微分方程在a方向上投影的标量形式,取上述矢量在方向、即阳极型面法向上的投

9、影上列方程表明，在不同处，电流线、加工间隙的变化率不同。模拟加工过程能否收敛到平衡加工状态的问题，有限元法在网格划分和边界条件处理,三、基于实际电场分布的阴极设计方法,电位分布方程组,阳极边界上：泛函为极小,电解加工间隙中的流场特性,流场影响电场，电场也影响流场，流场电场的分布又都直接影响电化学溶解速度场，并由此影响电解加工间隙的分布。研究电解加工间隙中的流场特性，是研究电解加工成型规律的基础。电解加工间隙中的气液两相流动特点,电解加工间隙中的气液两相流动特性,电解加工过程中大量电解液流过加工间隙阴极析出氢气阳极溶解而产生电解产物，有时还有氧气、氯气或二氧化氮气体析出，故电解加工间隙中所流过的

10、介质是气、液、固三相流。电解产物所占的体积比很小，可以忽略其对电解液电导率及密度的影响，故可以将间隙中气、液、固三相流问题简化，近似为气、液两相流问题处理，,一、气液两相流的流动参数,气液两相流动参数，除每相各自的参数，例如各相流量、流速、压力、温度等参数外，还有某些相互关联的流动参数1气泡率 2截面含气率 3气液两相介质的流动密度 4两相介质的真实密度CM,1气泡率指单位时间内流过某一流通截面的两相流体总体积Q中气相介质所占体积的比例，Qg为流过某一流通截面的气相体积流量,Ql为液相体积流量；Q为两相总体积流量。,2截面含气率指所研究流通截面上气相所占截面积Ag与气液两相总流通截面积A之比，

11、Q为体积流量；u为流速；注脚g为气相，注脚l为液相,3气液两相介质的流动密度,4两相介质的真实密度CM 指流道中所研究截面上两相介质的实际密度，,二、电解加工间隙中气液两相流动模型,(1)一维两相两成分均匀流型假设：气泡在液相中均匀分布，液相不可压缩，而气相状态变化服从理想气体状态方程；相间无质量转换，即不存在气液两相相互之间质量转换的情况；沿流动方向的每一横截面上各相参数均匀分布。(2)线性电场假设：阴、阳极表面均为等电位面，电极电位在电极溶液界面上的非线性突变以适当量的极化电位或近似与分解电压等价；在电解液中，在垂直于电解液流动的方向上，电位呈线性分布，即具有等电位梯度。(3)平衡加工状态

12、假设：电解加工处于平衡加工状态，各项参数不随时间变化而只是几何位置的函数；阳极溶解速度与阴极进给速度相等，加工间隙已达平衡间隙，不再随时间而变化；电解液与阴、阳极间的热交换也处于热平衡状态。,侧流式矩形加工间隙模型,气液两相流动的质量、动量、能量方程以及电解加工间隙表达式,x为电解液流程长度或简称流程，即所研究流道横截面距间隙进口处的距离；为气泡率；p为压力；u为流速;T为温度；为粘性剪切力；为加工间隙；为电解液的电导率(以上参数有下标“0”则为间隙进口处参数，未加下标则为流程x横截面上的参数)；U为加工间隙方向上电解液的欧姆压降；i为加工电流密度；l为电解液密度；Cl为电解液热容；为电导率温

13、度系数；n为考虑气泡率对电导率影响的指数，从n=1.52中选取，通常可取n=1.5；Rg为氢气的气体状态常数；g为析氢的电流效率；kg为析氢质量电化当量。,流场参数及加工间隙分布规律,流场参数及加工间隙分布规律,流场参数及加工间隙沿流程的分布,第一节 电解加工过程和特点,电解加工过程电解加工特点采用电解加工的条件（三原则）,第一节 电解加工过程和特点,电解加工过程,电解加工特点,优点：加工范围广生产率高表面粗糙度小Ra0.8m，Ra0.2m不产生残余应力、变形、毛刺（飞边）理论上工具电极不损耗,缺点：成型精度低杂散腐蚀严重工具电极的设计与修正污染：Cr6 铬基 NaCl排放设备贵腐蚀,采用电解

14、加工的条件（三原则）,难加工材料难加工形状有一定的批量,第二节 电解加工基本原理,电解质溶液电极电位电极的极化金属的钝化电解加工时的电极反应,第二节 电解加工基本原理,电解质溶液：凡溶于水之后能导电的物质就是电解质，电解质溶液即为电解液。NaCl、NaNO3、NaClO3 水是一种弱电解质，只能有很少一部分离解成H及OH 水是极性分子，吸附电解质正、负离子。水化离子,电极电位,电极电位,电位差平衡电极电位：溶解、沉淀平衡标准氢电极为基准能斯特公式：,电极的极化,极化现象浓差极化 Mn扩散慢电化学极化 MMn慢,金属的钝化和活化,金属的钝化 钝化：在电解加工中阳极溶解随电流的增大而突然减小以至停

15、止的现象。成相理论：氧化膜 吸附理论：O2,活化：加热还原气体Cl机械：刮,电解加工时的电极反应,反应复杂工件材料不是纯金属单一盐溶液温度、压力、流速1417NaCl，铁（钢）,Na+,Fe,电解加工时的电极反应,阳极反应Fe2eFe2 U=0.59V Fe3eFe3U=0.323V4OH4eO2 U=0.867V2Cl2eCl2 U=1.334V阳极：电极电位越负越容易失去电子，被氧化结论：阳极Fe2eFe2溶解,阴极反应2H2eH2 U=0.42VNaeNa U=2.69V阴极：电极电位越正越容易得到 电子，被还原结论：阴极2H2eH2析出氢气,电解加工时的电极反应,Fe22OHFe（OH

16、）2 墨绿絮状Fe3C剥离4Fe（OH）22H2OO24Fe（OH）3黄褐结论：NaCl不参与Fe3C：有氯、氧析出（少量）,第三节 电解液,一、电解加工中电解液的基本作用二、对电解液的基本要求三、三种常用电解液四、电解液参数对加工过程的影响五、电解液的流速及流向六、出水口的布局,第三节 电解液,一、电解加工中电解液的基本作用作为导电介质传递电流在阴、阳极之间进行电化学反应，使阳极溶解得以顺利进行。冷却、排屑、更新电解液（在加工区域）二、对电解液的基本要求：生产率高：导电能力要强 阴离子不在阳极上析出 不选用钝化性电解液,具有较高的加工精度和表面质量：阳离子不能沉积到阴极 钝化性电解液阳极反应

17、产物应是不溶性的化合物。便于处理、过滤、排放、连续使用 小孔时：排屑、可溶性价格便宜、性能稳定、操作安全、腐蚀性小。,三、三种常用电解液,中性、酸性、碱性 常用中性盐三种：NaCl、NaNO3、NaClO3,NaCl,食盐、最普通使用优点：生产率高，电流效率高 强电解质，导电能力强 含有Cl，无析氧，不会生成钝化膜表面粗糙度小价格便宜,缺点：尺寸精度低，杂散腐蚀严重。对机床腐蚀严重。NaCl常用浓度20（1418）精加工 510常用温度：2535钛合金：40以上。,NaNO3,优点：精度高，尺寸易控制，杂散腐蚀小。0.78使用安全，腐蚀小，价廉。钝化性电解液。,缺点：电流效率低，生产率低。阴极

18、氨气析出，NaNO3被消耗。切断间隙：侧面被保护起来的间隙a。切断电流：电流密度ia浓度：30以下。,极化曲线,三、三种常用电解液,三、三种常用电解液,NaClO3,优点：精度高，杂散腐蚀小，尺寸易控制，表面粗糙度小，导电能力与NaCl差不多（电导率比NaCl低，溶解度比NaCl高）腐蚀作用小。,缺点：价贵安全防火，强氧化剂，易燃。控制Cl浓度，NaClO3有消耗。浓度：1535。,效率与电流曲线,四、电解液参数对加工过程的影响,浓度及温度 电解液浓度及温度的变化都将影响腐蚀速度及加工精度 浓度电导率生产率加工精度温度电导率生产率加工精度温度受绝缘材料、电解液的沸腾影响；,一般不超过60，在3

19、040范围内。浓度太大、杂散腐蚀严重，NaCl20 NaNO3、NaClO3虽溶解度较高，但浓度30时非线性变差常用20NaCl：水 NaClO3：ClO3分解,四、电解液参数对加工过程的影响,电解液PH值：中性：阴极H放电析出，OH聚集碱化 PH值 铁、镍合金在碱性中容易钝化 酸化：硼酸 添加剂,粘度：温度粘度 粘度升高，氢氧化物含量增高。,五、电解液的流速及流向,流速：10m/s 氢气、金属氢氧化物冲走，热量带走。流向：正向：简单，氢气、氢氧化物多，加工精度、表面粗糙度降低。反向：与正向相反横向：较浅的型腔模。,五、电解液的流速及流向,六、出水口的布局,流线 窄槽、孔,六、出水口的布局,第

20、四节 电解加工过程中的基本规律,一、生产率及其影响因素二、精度成型规律三、表面质量,第四节 电解加工过程中的基本规律,一、生产率及其影响因素 生产率：单位时间内去除的金属量。3/min，g/min。电化学当量 电流密度 电解液及其参数 法拉第电解定律（电化学当量与生产率）电流密度与生产率 电极间隙大小和蚀除速度的关系,第四节 电解加工过程中的基本规律,法拉第电解定律（电化学当量与生产率）m电极上溶解或析出物质的质量（g）V电极上溶解或析出物质的体积（mm3）K被电解物质的质量电化学当量（g/Ah）被电解物质的体积电化学当量（mm3/Ah）I电解电流（A）t电解时间（h）,一、生产率及其影响因素

21、,电流效率100%块状脱落太小，钝化膜或其它反应合金,例：NaCl电解液，厚64低碳钢加工25通孔，中空电极内径13.5，V=222003，t=5min，I=5000A 求 I、t查=133mm3/Ah，=100%,电流密度与生产率,va：蚀除速度,电极间隙大小和蚀除速度的关系,电导率（1/）UR电解液的欧姆电压（V）加工间隙（）,电极间隙大小和蚀除速度的关系,U=UaURUc UR=U（UaUc）UaUc=23V UR=U2 URU,双曲线,电极间隙大小和蚀除速度的关系,固定阴极 扩孔、抛光,电极间隙大小和蚀除速度的关系,例：=100%，0=0.2mm，U=12V，=1mm，15%NaCl，

22、30求：va0，va，t解：=0.02/（mm）UR=U2=10V，=2.223/（Amin）va0=UR/0=（100%2.220.0210/0.2）mm/min=2.22mm/min va=UR/=（100%2.220.0210/1）mm/min=0.444mm/min t=（202）/（2UR）=（120.22）/（2100%2.220.0210）mm/min=1.09min控制精度?,在平衡加工状态下选取不同处的电流效率的方法图,二、精度成型规律,端面平衡间隙法向间隙侧面间隙平衡间隙理论应用影响加工间隙的其它因素,二、精度成型规律,端面平衡间隙端面间隙：垂直进给方向的面,沿进给方向的间

23、隙。端面平衡间隙b：工件蚀除速度va与阴极的进给速度vc相等两者达到动态平衡的端面间隙。加工过程达到稳定时的加工间隙 时达到动态平衡=bb：0.120.8mm，合适：0.250.3mm,端面平衡间隙,例：15%NaCl，30，U=12V，碳钢 vc=1mm/min及 vc=2mm/min求b解：=100%，=2.22mm3/Amin，=0.02/（mm）UR=U-2=10V vc=1，b=12.220.0210/1=0.444mm vc=2，b=12.220.0210/2=0.222mm,过渡间隙,过渡间隙,法向间隙,法向平衡间隙n比端面平衡间隙b大,是1/cos倍。Cos法设计电极端面间隙：

24、垂直进给方向的面,沿进给方向的间隙。法向平衡间隙和端面间隙不是同时达到,只存在一个。,侧面间隙,侧面间隙,侧面不绝缘：轴向截面抛物线 侧面绝缘：,平衡间隙理论应用,计算间隙设计电极分析加工精度选择加工参数,理想加工过程中平衡状态下的加工间隙(a)及求解阴极型面(b)的示意图,影响加工间隙的其它因素,材料成分 组织状态 表面状态：活化、钝化 温度 浓度 电场分布 流动方向 电压变化,三、表面质量,Ra1.250.16m工件材料的合金成分、金相组织、热处理状态。工艺参数阴极表面质量 除油去锈,第五节 提高加工精度的途径,非水电解液，甲醇基和甲酰胺基措施一、脉冲电解加工二、小间隙电解加工三、改进电解

25、液四、混气电解加工,二、小间隙电解加工,二、小间隙电解加工,加工速度，精度液流阻力大，电流密度大，温升快，温度高，压力大限制：机床刚度传动精度电解液压力、流速、过滤,第五节 提高加工精度的途径,三、改进电解液 复合电解液，添加剂，钝化层或绝缘层 低浓度电解液，间隙均匀，复制精度高，效率低 四、混气电解加工,第六节 电解加工的基本设备,一、直流电源 二、机床 三、电解液系统,第六节 电解加工的基本设备,一、直流电源扼流式饱和电抗器调压自饱和式电抗器调压可控硅调压,第六节 电解加工的基本设备,二、机床对机床要求：机床刚性 2040KN进给速度稳定防腐绝缘安全措施，氢气（爆炸）类型：立式 卧式,第六

26、节 电解加工的基本设备,三、电解液系统 多级离心泵 过滤：介质过滤 离心过滤 沉淀法：漏斗 铁管,第七节 电解加工工艺及应用,膛线、花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件、模具 深孔、扩孔加工 型孔加工 型腔加工 套料加工 叶片加工 电解倒棱去毛刺 电解刻字 电解抛光,第七节 电解加工工艺及应用,深孔、扩孔加工 固定式 移动式 固定式：工件和工具间无相对运动 优点：设备简单 生产率高 操作简单 缺点：阴极长 电源功率大 加工表面粗糙度和尺寸精度不均匀 刚度不足,第七节 电解加工工艺及应用,第七节 电解加工工艺及应用,移动式：阴极轴向移动 优点：阴极较短 精度要求低，制造容易。工件可任意长，

27、不受电源功率限制。缺点：机床有效长度大于工件长度 工件两端：收口和喇叭口。导流段：黄铜 不锈钢,第七节 电解加工工艺及应用,第七节 电解加工工艺及应用,第七节 电解加工工艺及应用,例：起落架液压筒30CrMnSiA要求4级精度，Ra0.4mRa0.2m(89)加工前Ra1.6m(6)，加工后Ra0.2m(9)，留量=0.2（单边）t工时=10分钟，=0.10.15V=1012V，I=17002000A（I=2030A/cm2）,第七节 电解加工工艺及应用,型孔加工 形状复杂，尺寸较小 四方、六方、椭圆、半圆 通孔和不通孔 端面进给，侧面绝缘 绝缘厚度：工作部分：0.150.20 非工作部分：0

28、.30.5 阴极内圆锥面高度1.53.5 工作端及侧面成型环面的宽度一般取0.30.5,第七节 电解加工工艺及应用,第七节 电解加工工艺及应用,型腔加工 锻模 反拷法 cos法 端面：侧面：,第七节 电解加工工艺及应用,cos法:在工件轮廓上取A1、A2、A3、An，过A1作法线和进给方向的平行线，平行线A1C1=b 过C1作C1B1A1C1，得电极点B1，以此类推，作出B2、B3、Bn，光滑连接B1、B2、B3、Bn。45时误差大。,第七节 电解加工工艺及应用,连杆锻模：V=815V，i=2090A/cm2，vc=0.41.5mm/min，8%12%NaCl，压力0.52MPa。开增液孔，增

29、液缝。,第七节 电解加工工艺及应用,套料加工 0.10.3mm 阴极片0.5mm紫铜 精度0.020.04mm Ra1.250.32m 1mm增液孔7个 i=100200A/cm2，V=1315V，b=0.30.4mm，s=0.50.6mm，压力0.81MPa，4020，12%14%NaCl，vc=1.82.5mm/min,第七节 电解加工工艺及应用,第七节 电解加工工艺及应用,叶片加工 单面 立式 双面 卧式 侧流法供液 混气电解加工（NaCl）氯酸钠,第七节 电解加工工艺及应用,电解倒棱去毛刺 35，20V以上 1min,第七节 电解加工工艺及应用,电解刻字 字头和工件：0.1mm电解间隙

30、 钝化型电解液，0.5s,第七节 电解加工工艺及应用,电解抛光 电解抛光：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。电解抛光和电解加工的区别：间隙大，电流密度小，电解液不流动，设备简单。电解抛光：设备简单 影响因素：电解液的成分、比例。电参数：阳极电位，阳极电流密度 电解液温度及搅拌情况 金属的金相组织与原始表面状态 表面Ra2.50.8m,第八节 其他电解加工方法,一、混气电解加工二、脉冲电解加工三、数控展成电解加工四、小孔束流电解加工,第八节 其他电解加工方法,一、混气电解加工混气电解加工原理及优缺点：混气电解加工：将一定压力的气体（二氧化碳、氮气或压缩空气等）用混气装置使

31、它与电解液混合在一起，使电解液成为包含无数水、气泡的气液混合物，然后送入加工区进行电解加工。,第八节 其他电解加工方法,影响：对流场分布的影响 改善流场的均匀性 有利于提高流速 对电导率分布的影响 使电导率沿流程变化趋于均匀 使得气液两相混合物的电导率随间隙变化而变化。,第八节 其他电解加工方法,对电极反应过程的影响 有效消除离子粘附，减小浓差极化，使极化趋于均匀，使加工电流密度分布趋于均匀。作用：电解液向非线性方面转化，减少杂散腐蚀。降低电解液的密度、粘度，增加流速，均匀流场。,第八节 其他电解加工方法,优点：提高了电解加工精度 简化了阴极的设计与制造 减少短路,第八节 其他电解加工方法,缺

32、点：生产率降低，1/31/2。需要一套附属供气设备。,第八节 其他电解加工方法,组成：引导部 混合部 扩散部,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,气液混合比qg气体流量（指标准状态）（m3/h）ql电解液流量（m3/h）标准状态（一个大气压，20）气：0.40.5MPa液比气低：0.05MPa,第八节 其他电解加工方法,二、脉冲电解加工 用脉冲电源进行电解加工。脉冲电流电解加工的基本原理就是以周期间歇供电代替传统的连续供电使工件阳极在电解液中发生周期断续的电化学阳极溶解。它利用脉间的断电间歇去极化、散热，使间隙的电化学特性、流场、电场恢复起始状态。,第

33、八节 其他电解加工方法,分类：按其加工电流的特性分：正弦波或矩形波 低频(数十Hz)或高频(数KHz数十KHz)宽脉冲(数ms数十ms)或窄脉冲(数十s数百s)按其进给及供电的配合方式分：连续供给脉冲电流、连续进给；周期供给脉冲电流、周期进给；连续供给脉冲电流与脉冲同步振动进给。,第八节 其他电解加工方法,脉冲电流电解加工的物理、化学特性物理、化学特性的改善对加工结果的影响,第八节 其他电解加工方法,脉冲电流电解加工的物理和化学特性 瞬时通电和断电的过程导致了电解加工间隙过程物理、化学特性的一系列变化。电流效率曲线的非线性特性的强化 脉冲电流电解加工的阳极电位特性的变化 加工间隙中流场压力和温

34、度特性的变化,第八节 其他电解加工方法,电流效率曲线的非线性特性的强化 切断电流密度增大，切断间隙减小。,用脉冲电流在钝性电解液中加工铁基金属时，其i曲线较用直流时显著移向高ia区，切断电流密度i加大，切断间隙a减小，导致集中蚀除能力加强。,第八节 其他电解加工方法,占空比影响电流效率,占空比减小时，i曲线亦向高i区移动切断电流密度ia增大，切断间隙a减小。活化溶解、钝化溶解与超钝化溶解的电流密度区域与直流条件下是不同的，脉冲条件下能改变阳极极化特性。,第八节 其他电解加工方法,脉冲电流电解加工的阳极电位特性的变化 快速脉冲极化有利于集中蚀除能力的加强，脉间的去极化作用有利于表面极化电位分布均

35、匀。,第八节 其他电解加工方法,加工间隙中流场压力和温度特性的变化 改善极间的流场,第八节 其他电解加工方法,生成与脉冲电流同期的氢气压力波 阴极析氢量与电流成正比，压力波强度随电流密度的增加而加大，其频率亦然。压力波对极间电解液的搅拌作用 极间的流场趋于均匀，削弱了浓差极化和钝化极化，改善电解液对小间隙处的充添能力；提高间隙过程的稳定性，最小稳定间隙比直流加工小，间隙分布均匀。改善间隙热交换条件 仅在脉冲宽度期间发热，在脉间内散出。达到沸点温度的电流密度比直流加工大，在同样的电流密度下极间温度较直流加工低。,第八节 其他电解加工方法,物理、化学特性的改善对加工结果的影响 提高加工精度 改善表

36、面质量,第八节 其他电解加工方法,二、脉冲电解加工 优点：非线性特征 产物排出、工作液更新搅拌 小间隙加工 电流效率高,第八节 其他电解加工方法,三、数控展成电解加工 传统电解加工采用成型阴极拷贝式电解成型加工优点：加工速度快 一个方向的简单送进运动缺点：成型阴极的设计及制造困难，且制造周期长 阴极形状复杂、加工面积大，影响因素多 拷贝式加工的复制精度、重复精度都不太高 窄通道的整体叶轮的扭曲叶片表面，受工具阴极刚性及加工送进方式的限制，难于完成加工,第八节 其他电解加工方法,三、数控展成电解加工 数控展成电解加工 数控展成电解加工的特点 数控展成电解加工系统组成,第八节 其他电解加工方法,数

37、控展成电解加工：以简单形状的工具阴极，按计算机控制指令，进行必要的展成成型运动，以电解“切削”方式加工型腔、型面，它类似于数控铣那样，只是将铣刀换成电解加工的阴极工具而进行展成加工。,第八节 其他电解加工方法,数控展成电解加工的特点：工具形状简单 棒状、球状“切削刃”：点、直线、曲线具有很好的加工柔性 数控可以加工各种难加工材料工具阴极不损耗宏观作用力小，可以加工各种低刚度零件。整平能力强、成型精度高。加工间隙动态变化 切入、退出，间隙流场、电场和电化学溶解速度动态变化。,第八节 其他电解加工方法,数控展成电解加工系统组成组成：机床 数控系统,第八节 其他电解加工方法,机床五坐标x、y、z直线

38、移动三个坐标CT工具阴极摆动CW工件旋转数控系统自动编程：输入：加工型面的型值点、工具阴极的几何结构参数、加工 间隙分布 功能：完成加工型面的几何造型、阴极展成运动轨迹的生成、后置处理成控制展成运动所必须的加工程序，传输输出。,第八节 其他电解加工方法,工具阴极 外喷射式 内喷射式 旋转棒状直线刃加工外喷射式 单直线刃内喷射式 双直线刃内喷射式,第八节 其他电解加工方法,旋转棒状直线刃加工外喷射式,第八节 其他电解加工方法,单直线刃内喷射式,第八节 其他电解加工方法,双直线刃内喷射式,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,四、小孔束流电解加工20世纪60年代中期美国通用电气公司1

39、970年左右，开始应用于加工航空发动机涡轮叶片的冷却孔，孔径在0.15 mm 1mm范围内，深径比较大，最大达50。其后英、法、前苏联也相继开始研究。我国在20世纪70年代中期开始进行研究。石英玻璃喷嘴、深径比大的玻璃喷嘴制造比较困难。,第八节 其他电解加工方法,四、小孔束流电解加工 小孔束流电解加工 加工过程 应用,第八节 其他电解加工方法,小孔束流电解加工 工具阴极：玻璃毛细管喷嘴或外表面涂绝缘层的无缝钛合金管 电解液：H2SO4、HCl 常用10%H2SO4或14%HCl 电压：300V1200V 电流：一般小于4A,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,加工过程快速接近通电加工断电快速回退,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,第八节 其他电解加工方法,应用,第八节 其他电解加工方法,三种材料In102镍基合金、Udimet700合金、Hastelloy合金,