现代制造技术讲解

《现代制造技术》课程讨论专题报告

专题名称：电解加工和电解磨削

专业年级：

班级：

专题成员：

指导老师：

文天学院机械工程系

2015年11月

目录前言

一、电解加工

1.1、电解加工的加工原理

1.2、电解加工的特点

1.3、电解加工的基本工艺规律1.4、电解加工的应用

1.5、电解加工的现状和展望

二、电解磨削

2.1、电解磨削的加工原理

2.2、电解磨削特点

2.3、电解磨削加工工艺

2.4、电解磨削的应用

2.5电解磨削的前景

前言

随着高精度复杂零件的不断出现，传统的加工方法越来越难满足工程上的需要。从而特种加工方法产生了。

电解加工作为先进制造技术中的一支重要方面军，在制造业中发挥着重要的作用。它对难加工的材料可以以柔克刚，对形状复杂的零件可以一次成型，并以表面质量好、生产率高、无工具损耗、无切削应力等优点。我国最早研究并成功应用电解加工技术是原兵器工业部西安昆仑机械厂的深孔和膛线加工。

随着21世纪信息、生物、微纳技术的发展及其对制造技术不断增长的需求，微细加工将成为制造相应装备的重要手段，电解加工进行材料去除是以离子溶解的形式进行的，这种去除方式使得电解加工具有微细加工的可能。目前国内外制造业均十分关注微细电化学加工的发展，将电解加工高速去除金属的理念用到传统电化学过程中，是促进该项技术进步的有效途径，微细电化学加工就不仅仅指静态条件下的掩膜电化学刻蚀了。

电解加工既具有高速加工大而复杂零件的能力，电化学离子级的蚀除机理又使之具有微细加工的潜质，向精密、微细加工进军也是电解加工的发展方向。电解加工高速去除金属的实践对电化学的发展有深远影响，任重而道远。

电解磨削是电解作用与机械磨削相结合的一种特种加工，又称电化学磨削，英文简称ECG。电解磨削是20世纪50年代初美国人研究发明的。原理是工件作为阳极与直流电源的正极相连；导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。

电解磨削适合于磨削各种高强度﹑高硬度﹑热敏性﹑脆性等难磨削的金属材料，如硬质合金﹑高速钢﹑钛合金﹑不锈钢﹑镍基合金和磁钢等。用电解磨削可磨削各种硬质合金刀具﹑塞规﹑轧辊﹑耐磨衬套﹑模具平面和不锈钢注射针头等。电解磨削的效率一般高于机械磨削，磨轮损耗较低，加工表面不产生磨削烧伤﹑裂纹﹑残余应力﹑加工变质层和毛刺等，表面粗糙度一般为R 0.63～0.16微米，最高可达R 0.04～0.02微米。采用适应控制技术，可进一步提高电解磨削的加工稳定性和自动化程度。同时，为了提高加工精度，采用兼有纯机械磨削能力的导电磨轮，粗加工时靠电解磨削的高效率完成大部分加工量，然后切断电解电源，靠纯机械磨削磨掉精加工余量，这样能显着提高加工精度。电解磨削方式已从平面磨削扩大到内圆磨削﹑外圆磨削和成形磨削。电解加工的原理也可与珩磨和超精加工结合起来，成为电解珩磨和电解超精加工。

一、电解加工

1.1、电解加工的加工原理

电解加工(electrochemical machining, ECM) 是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而去除工件上多余的材料、将零件加工成形的一种方法。

加工时，工件接电源正极(阳极)，按一定形状要求制成的工具接负极(阴极)，工具电极向工件缓慢进给，并使两极之间保持较小的间隙(通常为0. 02~0. 7mm)，利用电解液泵在间隙中间通以高速(5~50m/s)流动的电解液。

在工件与工具之间施加一定电压，阳极工件的金属被逐渐电解蚀除，电解产物被电解液带走、直至工件表面形成与工具表面基本相似的形状为止。

加工开始时，工件阳极与工具阴极的形状不同，工件表面上的各点至工具表面的距离不等，因而各点的电流密度不等。

阳极与阴极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也较高，阳极溶解的速度也就较快，而距离较远的地方，电流密度就小，阳极溶解就慢。由于工具相对工件不断进给，工件表面上各点就以不同的溶解速度进行溶解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与工具表面基本相以的形状为止。

1一直流电源 2一工具阴极 3一工件阳极

4一电解液泵 5一电解液

1.2、电解加工的特点

1.2.1、电解加工的优点

（1）加工范围广

不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高性韧等难切削的金属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不锈刚、耐热合金，可加工叶片、花健空、炮管膛线、锻模等各种复杂的三维型面，以及薄壁、异形零件等。

（2）进给速度简单

能筒单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔，进给速度可快达0. 3~15mm/mi n。

（3）表面质量好

加工中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，可以达到较低的表面粗糙度(Ra1. 25~0. 2μm)和10.1mm左右的平均加工精度，电解微细加工铜材的精度可达士10~ 70μm。适合于加工易变形或薄要零件。

（4）加工过程中工具电极理论上无损耗,可长期使用。

因为工具阴极材料本身不参与电极反应, 其表面仅产生析氢反应, 同时工具材料又是抗腐蚀性良好的不锈钢或黄铜等, 所以除产生火花短路等特殊情况外，工具阴极基本上没有损耗。

（5）加工生产率高

约为电火花加工的5~ 10倍以上, 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质量的限制, 故一般适宜于大批量零件的加工。

1.2.2、电解加工的缺点

（1）电解加工影响因素多，技术难度高，不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。

（2）工具电极的设计、制造和修正较麻频，因而很难适用于单件生产。

（3）电解加工设备投资较高, 占地面积较大。

（4）电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。

1.3、电解加工的基本工艺规律

1.3.1、生产率及其影响因素

（1）电化学当量对生产率空影响

电化学当量越大,生产率愈高。

（2）电流密度对生产率的影响

电流密度越高,生产率越高，但在增加电流密度的同时，电压也随着增高，因此应以不击穿加工间隙、引起火花放电、造成局部短路为度。

（3）加工间隙对生产率的影响

加工间隙越小,电解液的电阻整小，电流密度越大, 蚀除速度也就越高。但间隙太小会引起火花放电或间隙通道内电解液流动受阻、蚀除物排除不畅, 以至产生局部短路，反而使生产率下降，因此间隙较小时应加大电解液的流速和压力。此外电源电压、电解液种类、工件材料的化学成分和组织结构都对生产率有影响。

1.3.2、加工精度及其影响因素

不仅与加工间隙有关，还与机床、工艺装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关。

提高加工精度的主要措施：

（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化。

（2）小间隙电解加工—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空于低凹处,提局了整平效果，加工间隙越小，越能提局加工精度。

（3）改进电解液—钝化型电解液、复合电钠夜、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。

1.3.3、表面质量及其影响因素

（1）工件材料的合金成分、金相组织和热处理状态。

（2）工艺参数：电流密度、电解液的流速大小和温度高低。

（3）工具阴极的表面质量。

（4）工件表面必须除油去锈。

（5）电解液必须经过滤沉定，不含固体颗粒杂质。

1.3.4、电解液

电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液、碱性溶液三大类。

中性盐溶液的腐蚀性小, 使用时较安全, 故应用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3和NaClO3三种电解液。

（1）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。NaNO3电解液—钝化型电解液。

（2）NaNO3电解液在浓度为30°以下时，有较好的非线行性能，成形精度高，而且对机床腐蚀性小, 价格也不局,主要缺点是电流效率低，生产率也低, 另外加工时阴极有按期析出，所以NaNO3会被消整。

（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，使用时注意空全防火。

1.3.5、电解加工的基本设备

（1）直流电源一为提高电解加工精度, 生产中采用脉冲电源加工。

（2）机床一要求：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。

1.4、电解加工的应用

目前，电解加工主要用于批量生产条件下难切削材料和复杂型面、型腔、薄壁零件以及异型孔的加工；还可应用于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面；已经成为机械加工中一种必不可少的补充手段。随着对电解加工研究的深人, 电解加工的局展性落会逐渐缩小，应用范围也将愈来愈大。具体的应用实例包括以下几个方面：（1）枪、炮管序表线加工

传统的枪管膛线制造工艺为挤线法。该法生产率高，但挤线冲头制造困难,生产周期长; 大口径枪管和炮管膛线, 多在专门的拉线机床上制成, 生产率低, 加工质量差, 表面粗糙度更难以达到要求。20世纪50年代中期，苏联、美国和我国相继开始了膛线电解加工工艺的试验研究，并于20世纪50年代末正式应用于小口径炮管膛线生产，随后又进一步用于大口径长炮管膛线加工。炮管膛线电解加工具有加工表面无缺陷, 矩形膛线圆角很小等优点，可提高产品的使用寿命和可靠性。目前,膛线电解加工工艺已定型，成为枪、炮制造中的重要工艺方法。

（2）型孔及小孔的加工

四方、六方、椭圆、半圆、花瓣等形状的通孔和不通孔,若采用机械切削方法加工,往往需要使用一些复杂的刀具、夹具来进行插削、拉削或挤圧, 且加工精度和表面粗糙度仍不易保证。采用电解加工，则能够显著提高加工质量和生产率。

（3）模具型腔加工

随着模具结构日益复杂，材料性能不断提高,各种难加工的材料模具,如预淬硬钢、不锈钢、高镍合金钢、粉末合金、硬质合金、超塑合金等,所占的比重日趋增大。多数锻模为型腔模。

（4）叶片型面加工

这类加工效率高，生产周期短；加工质量好；但设备、阴极均较复杂，须采用三头或斜向进给机床、复合双动阴极。国外自动生产线上已采用此方案，国内开始试制。

（5）整体叶轮加工

通常整体叶轮多为不锈钢、钛合金或高温耐热合金等难切削材料；再加之其为整体结构且叶片型面复杂，使得其制造非常困难。

（6）电解去毛刺

电解去毛刺的加工间隙较大，加工时间又很短，因而工具阴极不需要相对工件进给运动，即可采用固定阴极加工方式，机床不需要工作进给系统及相应的控制系统。

（7）数控展成电解加工

数控展成电解加工工具阴极形状简单(棒状、球状及条状)，设计制造方便，且适用范围广，大大缩短了生产准备周期，因而可适应多品种、小批量生产趋势，弥补电解加工在小量、单件加工时经济性差的缺点。

（8）微精电解加工

目前微精电解加工还处于研究和试验阶段，其应用还局限于一些特殊的场合，如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果，精度已可达微米级。

1.5、电解加工的现状和展望

1.5.1、电解加工的现状

在经历大约20年的低潮后，从20世纪90年代后期起，电解加工又重新焕发了生机。其研究机构及人员逐渐壮大，应用领域（尤其在航天、航空、兵器领域）进一步扩展，研究成果及论著数量激增，工艺技术水平、设备性能及产业发展均达到了一个新的高度。

（1）微秒级脉冲电流加工

随着近代功率电子技术的不断发展，新型快速功率电子开关元件如MOSFET、IGBT 等出现，使得微秒级脉冲电流电解加工的实现成为可能。20世纪90年代以来，微秒级脉冲电流电解加工基础工艺研究取得突破性进展。此项新技术可以提高集中蚀除能力，并可实现0.05mm以下的微小间隙加工，从而可以较大幅度地提高加工精度和表面质量，有望将电解加工提高到精密加工的水平，而且可促进加工过程稳定并简化工艺，有利于电解加工的扩大应用。

国内外众多研究机构利用微秒级脉冲电流开展了模具型腔及叶片型面加工、型腔抛光、电解刻字、电解磨等工艺可行性试验以及气门模具生产加工试验。

（2）微精加工

微细加工是当前电解加工研究中最热点的方向。从原理上而言，电化学加工技术可分为2类：一类是基于阳极溶解原理的减材技术，如电解加工、电解抛光等；另一类是基于阴极沉积原理的增材技术，如电镀、电铸、刷镀等。这2类技术有一个共同点，即材料的去除或增加过程都是以离子的形式进行的。由于金属离子的尺寸非常微小(1～10-1nm级)，因此，相对于其它“微团”去除材料方式（如微细电火花、微细机械磨削），这种以“离子”方式去除材料的微去除方式使得电化学加工技术在微细制造领域、以至于纳米制造领域存在着极大的研究探索空间。

近年来，基于毫秒、微秒、纳秒及群脉冲电源，采用单纯电解、电解与超声复合、电解与电火花复合、电解与线切割复合等加工工艺，在蜂窝状微坑、微细槽、微细轴、微细群孔、微细群圆柱、微器件等加工中，投入了大量的研究。为此，还开发了多功能三维微细电解加工系统、电解微细加工监控系统、微螺旋电极等装置。研究内容涉及微

细加工工艺条件、阴极设计制造、加工数学模型建立、运动学仿真、工件表面电场分布有限元分析、反向电流、压力波及电解产物的影响等诸多方面。

（3）数控展成加工

20世纪80年代初，以简单形状电极加工复杂型面的柔性电解加工——数控展成电解加工的思想开始形成，它以控制软件的编制代替复杂的成形阴极的设计、制造，以阴极相对工件的展成运动来加工出复杂型面。这种加工方法工具阴极形状简单，设计制造方便，应用范围广，具有很大的加工柔性，适用于小批量、多品种、甚至单件试制的生产中。

80年代中期，前苏联乌法航空学院特种加工工艺及设备研究所以过程控制为突破口，设计了一种柔性电解加工单元，应用特殊的电流脉冲波形和高选择性的电解液，加工精度达0.02mm，表面粗糙度达0.2～0.6μm。

波兰华沙工业大学的Kozak教授于1986年率先提出了电解铣削的思想，以棒状旋转阴极作类似于圆柱状侧铣刀的成形运动来形成加工表面，成功地应用于直升机旋翼座架型面的加工，加工中采用NaNO3电解液，精度可达±0.01～0.02mm，表面粗糙度达0.16～0.63μm。

波兰Cracow金属切削学院的A.Ruszaj和J.Cekaj教授利用形似球头铣刀的工具阴极，进行了型面光整加工的试验研究，取得了形状误差小于0.01mm的加工效果，从而证明了该工艺在模具的光整加工方面具有很好的应用价值。

美国、英国、俄罗斯都高度重视数控电解加工技术的研究并已得到应用，在新型航空发动机及航天火箭发动机的研制中发挥了重要作用。美国 GE 公司和德国DORNER公司的五轴数控电解加工，美国、俄罗斯仿形电解加工带冠整体叶轮代表了数控电解加工整体叶轮的国际先进水平。

在国内，南京航空航天大学从20世纪80年代中期开始进行数控展成电解加工工艺技术的研究，已在电解加工设备研制、加工机理研究、控制软件编制及工艺试验等方面均取得了重要进展。具体研究内容包括以下几方面。

①设备研制。研制了五轴数控电解加工机床及配套的多轴联动数控系统。该机床具有3个直线运动坐标轴及2个旋转运动坐标轴，各轴均采用步进电机驱动。

②成形规律研究。研究了棒状外喷式阴极、三角形截面内喷式阴极、矩形截面内喷式阴极三种状况下展成电解加工间隙随一些主要工艺参数变化的规律。

③阴极设计。针对整体叶轮结构，设计制造出了新颖结构的组合式开槽阴极及矩形截面整体式型面精加工阴极，很好地解决了加工过程中易产生的阴极短路烧伤问题。

④加工软件开发。针对整体叶轮的开槽加工及型面精加工,开发了相应的数控展成电解加工软件，具有叶片型面的数据处理、数控加工的展成运动轨迹计算及整体叶轮的三维型面几何造型等功能。

⑤加工工艺试验。包括直纹面、非直纹面整体叶（涡）轮及带冠整体叶轮的展成电解加工、叶片型面电解抛光与五轴联动电解磨削等。

（4）加工间隙的检测与控制

近阶段，加工间隙的检测与控制的研究引起了众多关注，研究主要集中在以下方面。

①采用循环迭代间隙控制方案，快速调整工具进给速度，使之近似等于工件去除速度，从而精确地维持恒定的小间隙，并利用虚拟仪器技术构建电解加工控制系统。

②把加工电流或流体作用在阴极上的六维力作为研究参数，用最小二乘多变元线性拟合法，分别建立平面、斜面阴极加工电流或六维力与加工间隙之间的关系式，用叶片型面加工数据对建立的关系式进行检验和修正，得到最终的修正关系式。所得关系式在±15%的误差范围内可用于在线检测加工间隙。

③采集真实电解加工过程中阴极表面上的力信号，利用小波变换和BP神经网络，实现间隙的在线通报，并设计模糊控制器。把间隙的误差转化为力的误差及误差的变化信号，以此作为模糊控制器的输入，以加工电压的增量作为模糊控制器输出，实现对间隙的控制。在Matlab的simulink模块中建立了由神经网络、模糊控制器和电解加工系统联合组成的智能控制系统的仿真模型。

（5）磁场提高电解加工精度的研究

这项技术早期研究较多的是磁场对电解磨削、电解抛光的影响。近年来，国内开展了电解成型加工叠加磁场的研究。

西安工业大学进行了磁场影响电场的仿真试验及在电解加工装置上叠加磁场的加工工艺试验。试验表明，电解加工过程中叠加磁场会改变原有电场分布，进而改变间隙流场的分布，从而有利于解决以往电解加工过程中的杂散腐蚀现象，提高电解加工的质量。只有在叠加磁场方向垂直于电场方向且N 极指向电场叠加磁场时, 对电场均布有较明显的作用。此外，采取切割流线的方向叠加磁场，洛仑兹力的作用有利于成股的束流展开；磁场可以减小电解液的粘度，改善其流动性能，有利于及时排走电解产物和热量，改善加工条件，提高加工稳定性。近期又提出了将多极内封闭渐变磁路和多极外封闭渐变磁路组合后嵌入电解加工装置的方法, 可消除分股束流、空穴，改善电解加工流场, 改善工件表面粗糙度；提高集中蚀除的能力，有效减轻杂散腐蚀。

除了上述五大研究方向之外，叶片及整体叶轮加工、炮管膛线加工、周期循环电解加工、电解加工中管理系统的开发等工艺技术的研究均有所创新或突破。

1.5.2、电解加工的展望

近阶段，电解加工的研究重点及应用领域会主要集中在以下几个方向。

（1）电解微精加工的深入研究

电解加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米加工领域进一步研究探索的空间，但还必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新。具体应关注以下几点：

①进一步完善硬件系统，如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升；加工过程自动检测与适应控制研发的深化。

②微精加工机理的研究。尤其是中、高频率脉冲电流条件下，微精加工电解反应系

统动力学等方面的深入研究。如：脉冲参数（脉冲宽度及占空比）对加工效果的影响，流场的影响，冲液加工的可行性及相应的参数选择。

（2）脉冲电源的深化研发

微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广应用。纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。

（3）电解加工机床

电解加工机床（包括其控制系统）及电解液系统性能的进一步改善。精密加工、微细加工等新技术对电解加工设备提出了更高的要求，如：机床的高定位精度及低速进给的稳定性、电解液系统的高清洁度及参数的稳定等，这些都需要引起足够重视。

二、电解磨削

2.1、电解磨削的加工原理

电解磨削时，硬质合金工件接直流电源正极，导电砂轮接直流电源负极，两者之间保持一定的接触压力，工件与砂轮表面突出的磨粒保持一定的电解问隙, 电解液喷嘴向间隙中供给电解液。当接通电源后，工件表面发生电化学反应，硬质合金被电解，并在其表面上形成一层极薄的氧化膜(电解膜) ，其硬度远低于硬质合金本身。这层氧化膜被高速旋转的金刚石砂轮磨粒不断的刮除并随着电解液帯走，使工件表面的新材料漏出，继续产生电解反应。电解和氧化膜的刮除交替进行，使硬质合金连续加工形成光滑的表面并达劃一定的加工精度。

2.2、电解磨削的特点

2.2.1、电解磨削的优点

（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；

（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；

（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、抽风装王、防腐处理设备等。

2.2.2、电解磨削的缺点

（1）所需的辅助设备较多，从而增加了投资费用；

（2）电解液具有腐蚀性，机床、夹具等应具有有效的防护措施；

（3）加工中有刺激性气体和电解液雾沫产生，污染环境、需配置防护、吸气、排气等装置。

2.3、电解磨削加工工艺

2.3.1、主要工艺参数

（1）电流密度及电压

电解磨削过程中，生产率随电流密度的增大而提高，电流过大或过小会降低降加工精度及表面质量。一般电流密度为15—60A/cm2,电压为7—10V)。

（2）加工间隙

在一定的电压下，加工间隙小，可得到较高的电流密度提高生产率。但间隙过小，电解液就不易引进或分布不均，容易引起火花放电，加剧砂轮的磨损。一般为0.025—0.05mm。

（3）磨削压力

磨削压力过大，生产率也增大，随着压力的不断增大电解间隙相应减小，容易产生火花放电，并使砂轮磨损加剧。磨削压力过低，氧化膜去除不充分，加工效率和表面质量都随之降低。一般磨削压力推荐0.2—0.25MPa。

（4）工件与磨轮的接触面积

接触面积增大，直流电源能自动输入较大的电流而使生产率提高。并且表面质量良好。因此电解磨削时，应使砂轮与工件保持最大的接触面积。

（5）砂轮转速

增大转速，可使电解间隙中的电解液供应充分、交替迅速，同时提高机械磨削作用，是生产率提高。一般砂轮线速度为1200—2100m/min。

（6）电解液供给量

提高电解液流速可提高加工速率，但电解液流速过大，容易四处飞溅，操作不便，且飞溅到工件不加工部位，会引起不必要的腐蚀。一般立式电解平面磨床电解液的流量为5—15L/min。内外圆电解磨床电解液流量为1—6L/min。

2.3.2、影响生产率的主要因素

（1）电化学当量

电解磨削与电解加工时一样，可以依据需要去除的金属量来计算所需的电流和时间。不过由于电解时阳极上还可能有气体被电解析出，多损耗电能，或者由于磨削时还有机械磨削作用在内，节省了电解蚀除金属用的电能，所以电流效率可能小于或大于1。

（2）电流密度

提高电流密度能加速阳极溶解。提高电流密度的途径为：①提高工作电压。②缩小电极间隙。③减小电解液的电阻率。④提高电解液温度等。

（3）磨轮（阴极）与工件间的导电面积

当电流密度一定时，通过的电量与导电面积成正比。阴极与工件的接触面积越大，通过的电量越多，单位时间内金属的去除率越大。因此，因尽可能增加两极之间的导电面积，以达到提高提高生产率的目的。

（4）磨削压力

磨削压力越大，工件台走刀速度越快，阳极金属被活化的程度越高，生产率也随之提高。但过高的压力容易使磨料磨损和脱落；减小了加工间隙，影响电解液的流入，引起火花放电或发生短路现象，将使生产率下降。通常的磨削压采用0.1-0.3Mpa。

2.3.3、影响加工精度的因素

（1）电解液

电解液的成分直接影响到阳极表面钝化膜的性质。如果所生成的钝化膜结构疏松，对工件表面的保护能力差，加工精度就低。加工硬质合金时，要适当控制电解液的pH 值，因为硬质合金的氧化物易溶于碱性溶液中。要得到较厚的阳极钝化膜。不应采用高pH值的电解液，一般pH=7-9为宜。

（2）阴极导电面积和磨粒轨迹

工件在往复运动磨削过程中，由于两极之间的接触面积逐渐减小或逐渐增加，引起电流密度相应的变化，造成表面电解不均匀，也会影响加工成形精度。此外，杂散腐蚀尖端放电常引起棱边塌角或侧表面局部变毛糙。

（3）被加工材料的性质

对成分复杂的材料，由于不同金属元素的电极电位不同，阳极溶解速度也不同，特别是电解磨削硬质合金和钢料的组合件时。

（4）机械因素

电解磨削过程中，阳极表面的活化主要是机械磨削作用，因此机床的成形运动精度、夹具精度、磨轮精度对加工精度的影响是不可忽略的。其中电解磨轮占有重要地位，它不但直接影响到加工精度，而且影响到加工间歇的稳定。电解磨削时的加工间隙是由电解磨轮保证的。

2.3.4、影响表面粗糙度的因素

（1）电参数

工作电压是影响表面粗糙度的主要因素。工作电压低，工件表面溶解速度慢，钝化膜不易被穿透，因而溶解作用只在表面凸处进行，有利于提高精度。精加工时应选用较低的工作电压，但不能低于合金中最高分解电压。例如，加工WC-Co系列硬质合金时工作电压低于3伏（因TiC的分解电压为3V）。工作电压过低，会使电解作用减弱，生产率降低，表面质量变坏；工作电压过高时，表面不易整平，甚至引起火花放电或电弧放电，使表面粗糙度恶化。电解磨削较合适的工作电压一般为5-12V。此外还应与砂轮磨削深度相配合。电流密度过高，电解作用过强，表面粗糙度不好。电流密度过低，机械作用过强，也会使表面粗糙度变坏。因此，电解磨削时电流密度的选择应使电解作用和机械作用配合恰当。

（2）电解液

电解液的成分和质量分数是影响阳极钝化膜质量和厚度的主要因素。因此为了改善表面粗糙度，常常选用钝化型或半钝化型电解液。为了使电解作用正常进行，间隙中应充满电解液，因此电解液的流量必须充足，而且应予过滤以保持电解液的清洁度。

（3）工件材料性质

对成分复杂的材料，由于不同金属元素的电极电位不同，阳极溶解速度也不同，特别是电解磨削硬质合金和钢料的组合件时，问题更为严重。因此，要研究适合多种金属、同时均匀溶解的电解液配方，这是解决多金属材料电解磨削的主要途径。

（4）机械因素

磨料粒度越细，越能均匀的出去凸起部分的钝化膜，另一方面使加工间隙，这两种作用都加快了整平速度，有利于改善表面粗糙度。但如果磨料过细，加工间隙过小，容易引起火花而降低表面质量。一般磨粒在40#-100#内选取。由于去除的是比较软的钝化膜，因此磨料的硬度对表面的粗糙度的影响不大。

磨削压力太小，难以去除钝化膜；磨削压力过大，机械切削作用强，磨料磨损加快，使表面粗糙度恶化。实践证明，电解磨削终了时，切断电源进行短时间（1-3min）的机械修磨，可改善表面粗糙度和光亮度。

2.3.5、电解液

电解液一般采用硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾第成分混合的水溶液，不同的工件材料电解液的成分也不同。导电磨轮由导电性基体（结合剂）磨料与结合而成，主要为金属结合剂金刚石磨轮、电镀金刚石磨轮、铜基树脂结合剂磨轮、陶瓷渗银磨轮和碳素结合剂磨轮等，按不同用途选用。

电解磨削使用电解液应具有下列特性：

（1）能使金属表面生成结构紧密、黏附力强的钝化膜。

（2）导电性好生产效率高。

（3）高机床及夹具的腐蚀性要小。

（4）对人体和环境无危害。

（5）经济效果好，价格便宜，来源丰富，在加工中不易消耗。

2.4、电解磨削的应用

电解磨削主要集中了电解加工和机械磨削的优点，因此在生产中已用来磨削一些高硬度的零件，如各种硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、轧辊等。对于普通磨削很难加工的小孔、深孔、薄壁筒、细长杆等零件，电解磨削也能显出优越性。对于复杂型面的零件，也可采用电解研磨和电解衍磨，因此电解磨削的应用范围正在日益扩大。

（1）硬质合金刀具的电解磨削

用氧化铝导电砂轮电解磨削硬质合金车刀和铣刀，表面粗糙度可达Ra0.2-0.1um，刃口半径小于0.02mm，平直度也较普通砂轮磨出的好。采用金刚石导电砂轮磨削加工精密丝杠的硬质合金成型刀具，表面粗糙度可小于Ra0.016um，刃口非常锋利，完全达到精车精密丝杠的要求。所用电解液为亚硝酸钠9.6%、硝酸钠0.3%、磷酸氢二钠0.3%的水溶液（指质量分数），加入少量的丙三醇（甘油），可以改善表面粗糙度。电压为6-8V，加工时的压力为0.1MPa。实践证明，采用电解磨削工艺不仅比单纯用金刚石砂轮磨削时效率提高2-3倍，而且大大节省了金刚石砂轮，一个金刚石导电砂轮可用5-6年。用电解磨削轧制钻头，生产率和质量都比普通砂轮磨削时为高，而砂轮消耗和成本大为降低。

（2）硬质合金轧辊的电解磨削

硬质合金轧辊采用金刚石导电砂轮进行电解成形磨削，轧辊的形槽精度为0.02mm，形槽位置精度为0.01mm，表面粗糙度为Ra0.2um，工件表面不会产生微裂纹，无残余应力，加工效率高，并大大提高了金刚石砂轮的使用寿命，其磨削比为138（磨削量立方厘米/磨削损耗量立方厘米）。所采用的导电砂轮为金属（铜粉）结合剂的人造金刚石砂轮，磨料粒度为60-1000目，外圆砂轮直径为φ300mm，磨削形槽的成形砂轮直径为φ260mm。

电解液成分为亚硝酸钠9.6%、硝酸钠0.3%、磷酸氢二钠0.3%酒石酸钾钠0.1%、其余为水（指质量分数）。粗磨的加工参数为：电压12V，电流密度15-25A/平方厘米，砂轮转速2900r/min，工作转速0.025 r/min，一次进刀深度2.5mm。精加工的加工参数为电压10V，工件转速16r/min,工作台移动速度0.6mm/min。

（3）电解珩磨

对于小孔、深孔、薄壁筒等零件，可选用电解珩磨。普通的珩磨机床及珩磨头稍

加改装，很容易实现电解珩磨。电解珩磨的电参数可以很大范围内变化，电压为3-30V，电流密度为0.2-1A/2cm。电解珩磨的生产率比普通珩磨的高，表面粗糙度也得到改善。齿轮的电解珩磨已在生产中得到应用，它的生产率比机械珩齿高，珩轮的磨损量也小。电解珩轮是由金属齿片和珩轮齿片相间而形成的，金属齿形略小于珩磨轮齿片的齿形，从而保持一定的加工加工间隙。

（4）电解研磨

将电解加工与机械研磨结合在一起，就构成了一种新的加工方法——电解研磨，电解研磨加工采用钝化型电解液，利用机械研磨能去除表面微观不平度各高点的钝化膜，使其露出基体金属并再次形成新的钝化膜，实现表面的镜面加工。电解研磨按磨料是否粘固在弹性合成无纺布上可分为固定磨料加工和流动磨料加工两种。固定磨料加工是将磨粒粘在无纺布上之后包覆在工具阴极上，无纺布的厚度即为电解间隙。当工具阴极与工件表面虫棉电解液并有相对运动时，工件表面将依次被电解，形成钝化膜，同时受到磨粒的研磨作用，实现复合加工。流动磨料电解研磨加工时工具阴极只包覆弹性合成无纺布，极细的磨料则悬浮在电解液中，因此磨料研磨时的研磨轨迹就更加杂乱而无规律，这正是获得镜面的主要原因。电解研磨可以对碳钢、合金钢、不锈钢进行加工。一般选用20%(指质量分数)作电解液，电解间隙为1-2mm左右，电流密度一般在1-2A。这中加工方法目前已应用于金属冷轧轧辊、大型船用柴油机轴类零件、大型不锈钢化工容器内壁以及不锈钢太阳能电池基板的镜面加工。

2.5、电解磨削的前景

近年来,随着科学技术的飞速发展,一些尖端科学部门和新兴工作领域的许多装备常常在高温、高压、高速以及恶劣环境中工作,因而高硬、难熔及具有特殊物理性能的材料得到广泛应用。材料愈来愈难以加工。这就促进了电解磨削的发展,其应用范围日益扩大。金属镜面电解研磨已在生产中得到应用。表面粗糙度可达到Ra0·025~0·008μm。齿轮的电解珩磨已在生产中得到应用。生产率高于机械珩磨,珩轮磨损量也小。对于普通磨削很难以加工的细长杆、薄壁套、成型面、深孔、小孔类零件电解磨削也能显示出优越性。例如：

用金刚石导电砂轮对硬质合金轧辊进行电解成型磨削,型槽精度可达0·2μm,型槽位置精度为±0·01mm,表面粗糙度为Ra0·2μm。虽然电解磨削有自身的缺点，但总体上还是有很大的发展前景。