电解加工设备(上课5)
电解加工(课件)
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。
2011-3-3
PLZ-05 155毫米52倍口径履带自行加榴炮
2011-3-3
1.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
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圆锥移动式阴极
2011-3-3
请多指正 谢谢大家
2011-3-3
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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。
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
2011-3-3
2.电解加工过程及其特点 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。
电解车间常见操作方法的培训
电解车间常见操作方法的培训阳极更换（AC）1.预焙槽主要操作的有哪些？生产管理和生产操作对确定铝电解槽的综合运行效果起着重要作用。
虽然近几年自动化水平迅速提高，但是运行过程中仍需要人工结合设备进行操作。
电解槽的主要操作有定时加料（NB）、槽电压调整（RC）、阳极更换（AC）、效应熄灭（AEB）、出铝（TAP）、抬母线（RR）、铝水／电解质（M∕B）测量、边部加料作业（TRRF）、槽控机操作、捞炭渣和停槽作业等。
2.预焙槽主要操作的简称有哪些？名称定时加料槽电阻(电压) 阳极更换简称NB RC AC 名称效应熄灭出铝提升母线简称AEB TAP RR 3.电解车间主要操作有哪些？(1)电解槽加工主要包括：正常加工，效应加工，非效应加工等。
(2)阳极更换及换极加工。
(3)出铝作业。
(4)提升阳极母线和停槽作业等。
（5）槽控机操作。
4.换极交换准备工作有哪些？（1）按《电解槽换极作业周期表》，确认换极槽号和极号，并记入作业记录。
（2）把住阳极块外观质量和设备两道关，导杆明显弯曲，两肩不平，焊接处（含铝—钢爆炸片）裂纹，阳极吊起后铁环拔出1cm以上，铸铁严重不饱满或成饼，以及颜色特别黑（即没有烧透）的阳极不能上槽。
（3）准备好阳极块，使用钢丝刷等打磨工具打磨与阳极水平母线接触处的铝导杆。
（4）在换极槽旁备好物料。
（5）确认要换阳极导杆上的阳极水平线是否清晰、准确，否则应重新划线。
（6）操作步骤见《换极流程图》。
5.换极操作中应注意哪些事项？（1）确定装新极时的定位线比残极定位线低2cm至2.5cm。
（2）残极水平线取阳极横母线的底边，新极设置水平线同样取阳极大母线的底边。
（3）残极导杆上要擦去多余的标记划线，以免发生设置错误。
（4）操作阳极卡尺划线时，一定要先检查阳极卡具是否会掉落，严禁迎面站在阳极卡具的正下方。
（5）要确保阳极导杆不与挂钩接触。
6.工作质量考核有哪些？（1）换极后电压无异常。
（2）换极后压接压降必须小于15mv。
铝电解培训教材
电解铝生产培训教材工艺篇安全技术部第一章铝电解概述第一节铝电解发展及现状铝（Aluminium）在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为7.5%，仅次于氧（O）和硅（Si），居第三位，在各种金属元素当中，铝居首位。
铝的化学性质十分活泼，但是自然界中发现了少量元素状态的铝，与其他矿物共生。
含铝的矿物总计有250多种，其中主要的是铝土矿、高岭土、明矾石等。
我国开采和利用铝矿有悠久的历史，很早就开始从明矾石提取（古称矾石），供医药及工业上使用。
汉代《本草经》一书中记载了16中矿物药物，其中就包括矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。
明代宋应星所著《天工开物》一书中记载了矾石的制造和用途。
金属铝最初用化学法制取。
1825年，丹麦Oersted用钾贡还原无水氯化铝，得到一种灰色的金属粉末，在研磨时呈现金属光泽，但当时未能加以鉴定。
1827年，德国Wohler 用钾（K）还原无水氯化铝，得到少量细微的金属颗粒。
1845年，他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面，得到金属铝珠，每颗铝珠的质量为10~15mg，于是铝的一些物理性质和化学性质得到了测定。
1854年，法国Deville用纳代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。
钠和钾同为一价碱金属，但钠的相对原子质量比钾小，制取1Kg铝所需的钠大约是3.0~3.4Kg，而用钾大约需要5.5Kg，故用钠比较经济。
当时称铝为“铝土中的银子”1855年，Deville在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭，总量约为1 Kg。
1854年，在巴黎附近建成了世界上第一座炼铝厂。
1865年，俄国Beketob提议用镁还原冰晶石来生产铝。
这一方案后来在德国Gmelingen铝镁工厂里被采用。
自从1887~1888年电解法炼铝工厂开始投入生产后，化学法便渐渐停止了，在此之前的30多年内采用化学法总共生产了200T铝。
原来在采用化学法炼铝期间，德国Bunsen和法国Deville继英国Davy之后研究电解法炼铝。
电解工段课程设计
电解工段课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电解的基本原理，掌握电解工段的关键概念，如电解质、电解池、阳极和阴极。
2. 学生能够描述常见电解过程，如铜的电解精炼和氯气的制备，并解释这些过程中的化学反应。
3. 学生能够运用电解原理分析实际工业生产中的应用，如电镀、电池的工作原理等。
技能目标：1. 学生能够设计简单的电解实验，包括选择适当的电解质、电极材料，并正确设置电解装置。
2. 学生通过实验观察和分析电解过程中的变化，培养观察能力和实验操作技能。
3. 学生能够运用数学和化学知识对电解数据进行处理，如计算电流效率、电解产物的产量等。
情感态度价值观目标：1. 学生通过电解工段的学习，培养对化学工艺的兴趣，增强对科学研究的热情。
2. 学生在学习过程中，能够认识到化学反应在工业生产中的重要性，增强对化学学科实用性的认识。
3. 学生能够在团队合作中进行有效沟通，培养安全意识、环保意识和责任感。
课程性质分析：电解工段课程是化学与工业生产紧密结合的部分，旨在通过理论学习和实践操作，让学生掌握电解的基本知识和技能。
学生特点分析：考虑到学生处于高年级，已经具备一定的化学基础和实验操作能力，课程设计将注重理论与实践相结合，提升学生的综合应用能力。
教学要求：课程将强调实验操作的准确性和安全性，注重培养学生的动手能力和批判性思维，确保学生能够达到既定的学习目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 电解基本原理- 电解质的概念与性质- 电解池的组成与工作原理- 阳极和阴极反应的类型及特点2. 常见电解过程- 铜的电解精炼- 氯气的制备- 其他工业电解过程简介3. 电解实验设计与操作- 实验电解质的选择- 电极材料的应用与选择- 电解装置的搭建与操作4. 电解数据分析- 电流效率的计算- 电解产物的产量分析- 电解过程的影响因素5. 电解在工业生产中的应用- 电镀原理及工艺- 电池工作原理及类型- 其他电解技术应用案例教学内容安排与进度：第一课时：电解基本原理及电解质概念第二课时：电解池组成与工作原理，阳极和阴极反应第三课时：铜的电解精炼与氯气的制备第四课时：电解实验设计与操作（实验课）第五课时：电解数据分析与讨论第六课时：电解在工业生产中的应用教材章节关联：本教学内容与教材中关于电解原理、电解过程、电解实验及工业应用等章节相关联，旨在通过系统学习，使学生掌握电解工段的核心知识和技能。
第六章电解加工
第六章：电化学加工技术6.1.1 电化学加工的原理与特点1. 电化学加工的原理图6-1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Cu2+。
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，Cu2+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Cu2+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7-1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—阳极；2—阴极图6-1 电解(电镀)液中的电化学反应2. 电化学加工的分类电化学加工有三种不同的类型。
第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。
电化学加工的类别如表7-1所示。
本节主要介绍电解加工、电铸成型、电解磨削，其它的电化学加工请参考相关资料。
表6-1 电化学加工分类3. 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，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，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。
电化学加工主题知识讲座公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
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１.对电解加工机床基本要求
(１)机床刚性 (２)进给速度平稳性 (３)防腐绝缘性 (４)安全办法
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(１)机床刚性
电解加工即使没有直接切削力，但电解液对 机床主轴、工作台作用力却是很大，工件加工 面积越大，机床系统所受力也越大。
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一、电解加工特点及应用
１)能以简朴直线进给运动一次加工出复杂型面和型腔，如锻模、叶片等， 设备构成简朴。 ２)能够加工高硬度、高强度和高韧性等难以切削加工金属材料，如淬火 钢、钛合金、不锈钢、硬质合金等。 ３)加工过程中无切削力和切削热，工件不产生内应力和变形，适合于加 工易变形和薄壁类零件。 ４)加工后零件无毛刺和残余应力，加工表面粗糙度能够达到Ｒａ０.２～ １.６μｍ，尺寸精度对于内孔能够达到±０.０３～０.０５ｍｍ、对于型 腔能够达到±０.５～０.２０ｍｍ。 ５)与其它加工办法相比，生产率较高。 ６)加工过程中工具电极(阴极)基本不损耗。
图６-４ 双电层示意图
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２.电解加工时电极反应
普通情况下，工件材料不是纯金属，而是合金， 其金相组织也不完全一致，电解液成份、温度、 流速等原因对电解过程都有影响，使得电解加 工中电极间反应极为复杂。下面以铁在氯化钠 电解液中进行电解加工为例，分析阳极和阴极 发生电极反应。
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３.电极极化和超电压
• 金属阳极溶解时，金属溶解量与经过电量 符合法拉第定律。法拉第定律以下：
• 法拉第第一定律：在电极两相界面处，发 生电化学反应物质量与经过电量成正比。
• 法拉第第二定律：当相同电量经过不同电 解质溶液时，在电极上析出或溶解物质量 与其化学当量成正比。
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电化学加工图文详解
拓展提高
（2）原模制造技术要求高。 （3）有时存在一定的脱模困难。
拓展提高
应用
（1）复制精细的表面轮廓花纹，如唱 片模、工艺美术品模及纸币、证券、邮票的 印刷版等。目前，电铸加工是唯一能满足生 产光盘原模复制精度要求的工艺技术。
拓展提高
（2）复制注塑用的模具、电火花型腔加 工用的工具电极。
（3）制造复杂、高精度的空心零件和薄 壁零件，如波导管等。
技能目标
1．掌握电解加工的应用； 2．掌握提高电解加工生产率的方法； 3. 了解电铸及电刷镀的应用。
一、电化学加工概述
电化学加工（electrochemical machining， ECM）是指通过电化学反应从工件上去除或在工 件上镀覆金属材料的特种加工方法，是特种加 工的一个重要分支，目前已成为一种较成熟的 特种加工工艺。
快，能保证满足各种维修性能的要求。
拓展提高
（4）
沉积速度快，生产效率高，但
必须采用高电流密度进行操作。
（5）
刷镀液不含氰化物和剧毒药品，
故操作安全，对环境污染小。
（6）
刷镀笔与工件之间必须保持一定的相对运动，因而一
般都需人工操作，劳动强度大，难以实现大批量及自动化
生产。
拓展提高 （1）
修复零件磨损表面，
（3） 所以应保证工具电极表面的表面粗糙度1）机 床刚度
高
6）安全措 施完备
2）进给速度 稳定性高
3）设 备耐蚀性
好
4）电气系统抗 干扰性强
5）大电流传 导性好
二、电解加工
1）机 床主体
5.电解加工机床的构成
2） 电解加 工电源
3） 电解液系统
二、电解加工
（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。
电解加工(上课1)
§1.1 电解加工过程及特点
电解加工
利用金属在电解液中的电 化学阳极溶解，将工件加 工成形。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。
§1.1 电解加工过程及特点
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电解加工的优点
加工范围广（高硬度、高强度、高韧性、复杂型面）； 生产率较高，约为电火花加工的5~10倍，且加工生产率不 直接受到加工精度和表面粗糙度的限制；
表面质量好，在正常情况下，可达到较好的表面粗糙度Ra1.25 ~0.2µm平均加工精度±0.05mm左右。
E =E 0+ RT/(F) lna
0.059 U U lg a n
0
1 电化学加工原理及分类
北理工珠海学院化工学院应用化学
原电池原理
任何两种金属插入某一电解液中，两金属表面与
电解液都形成双电层，两金属之间存在电位差， 有导线连接时，有电流通过。
通过原电池原理使金属溶解过程非常缓慢， 可以利用外电场，促进电子移动过程的加剧。
1 电化学加工原理及分类
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金属的活化
利用阳极溶解原理的电化学加工时，若阳极溶解 过程缓慢，会影响生产率。 活化：使金属钝化膜破坏的过程称为活化。 影响活化的因素
加热电解液；通入还原性气体或某些活性离子
（Cl-）；采用机械办法破坏钝化膜等。
1 电化学加工原理及分类
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电解加工设备
北理工珠海学院化工学院应用化学
4.1电解加工设备的组成
4.2机床（刚度、进给稳定性、安全性） 4.3电解液系统（净化） 4.4 电解加工电源（直流电源、脉冲电源） 4.5控制系统 4.6电解加工工装设备
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.1 电解加工设备的组成
按加工对象分类： 1.专用机床： ①叶片加工机床 ②整体叶轮加工机床 ③机匣加工机床 ④膛线加工机床 ⑤花键及筒形零件加工机床
按加工对象分类： 1.通用机床： ①型腔加工机床 ②孔加工机床 ③去毛刺加工机床 ④刻印加工机床 ⑤抛光加工机床
电解加工设备的总体设计
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总体设计主要考虑的问题
内引入加工电压和电解液；另一方面需将加工过程中产生的
电解产物、热量和有害气体有效排出 （工作箱体
工作箱体的结构
工作箱体的密封 工作箱体的绝缘性能）
4.2 电解加工机床-主轴头
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主轴头：由滑枕、导轨、阴极安装板三部分组成 ①滑枕：结构分别为箱形（重型机床10000A以上）、翅形 （2000-10000A）、方形（轻型机床-打孔、套料机床）；滑 枕需有较大的壁厚和截面积，并要加载一定的预应力，以保 证足够的刚度，减少加工过程中的变形 ②导轨： A.滚柱导轨: B.静压导轨 C.滚动体组件-镶钢导轨 D.自润滑塑料贴面导轨
（2）电解加工设备的基本要求（续）
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② 进给速度特性硬、调速范围宽 ③ 设备耐腐蚀性强 抗化学腐蚀和电化学腐蚀的能力，能耐浓度为20%、 温度为50oC的NaCl电解液环境下的腐蚀 ④ 机床精度较高（保证工具与工件之间位臵的准确性） a) 工作台和阴极安装板及各基准面的平行度和垂直度均 匀≤0.02mm/300mm b) 工作台与阴极安装板的平行度≤0.02mm/100mm c) 导轨面与阴极安装板的垂直度≤0.018mm/100mm d) 导轨面与工作台的垂直度≤0.018mm/100mm
（2）电解加工设备的基本要求（续）
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④ 电气系统抗干扰性强：控制和数字显示系统应确保所 有功能不相互干扰，并能抵抗工艺电源大电流通断和 极间火花的干扰，电源短路保护系统能抵抗电解加工 设备自身以及周围设备的非短路信号的干扰 ⑤ 大电流传导性好:降低导电系统线路压降，以减少电 能损耗，提高传输效率。在脉冲电流加工过程中，采 用低电感导线，以免波形失真。要求汇流排、电缆及 接头的温度小于60oC ⑥ 整体配套性好:设备需成套、完整，特别是电解液系 统及测试系统，设备各部分性能要互相匹配 ⑦ 通用性强：投资较大，有柔性生产的需求 ⑧ 安全、可靠
（2）电解加工设备的基本要求（续）
⑨ 安全、可靠 A. 采用强制排风措施和配备缺风检测保护装臵，各种危 险、有害气体和水雾的排出， B. 控制柜和电源柜应密封可靠，不发生凝露现象，防止 腐蚀性气体渗入 C. 配备防止工具阴极及工件短路烧伤的快速短路保护 D. 机床加工过程中，工作箱门应锁定、防止意外打开。 加工区有电解液飞溅的机床，保护罩应与电解液供液 系统联锁 E. 承载大电流的汇流排应可靠固定。分别连接工具阴极 和工件的汇流排应根据其承载电流大小保持合适的安 全距离 F. 机床应于工具阴极电气相连，与工件之间应可靠绝缘
加工机床分类
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按型式分类：
卧式：适宜加工叶片、深孔、花键和筒形零件。 分为单头、双头、和三头三种类型 立式：模具、型孔和短花键零件，分为C型和框型两种 按加工方式分类： 固定式：阴极和工件固定不动（适宜加工不长的管状零件） 移动式：工件固定不动，阴极做直线移动 （中等直径和较长的筒形零件、花键、型面和型孔） 旋转式：工件旋转，阴极固定或作直线移动 （直径较大、长度较短的筒形零件）
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4.2 电解加工机床
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电解加工机床的总体布局：各主要部件之间相互配臵的方式。
原则：有利于实现机床的主要功能，满足工艺的需要，能以最简
便的方式达到所需要的机床刚度、精度 可操作性好，便以维护，安全可靠，性价比高。 机床运动系统的组成和布局对机床通用性、可操作性、刚性和加工 精度的影响 考虑总体布局与机床刚度、电源盒电解液泵容量之间的关系 总体布局与加工精度的关系 总体布局与机床操作、维修的关系
4.2 电解加工机床
电解加工机床 1) 电解加工机床的主要类型(125页表4-1) 立式机床 卧式机床 固定阴极式机床 2) 电解加工机床的主要部件 ①工作箱 ②主轴头 ③床身 ④进给系统 ⑤导电系统
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4.2 电解加工机床-工作箱
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工作箱：电解加工是在工作箱中完成的。一方面要向工作箱
加工机床分类
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按传动方式分类：
1.机电方式： 机床进给系统由电动机-减速器-滚珠丝杠副组成
2.液电方式：
机床进给系统包括油缸拖动、电液伺服位臵、速度闭环控制系统 3.机液混合传动： 机床进给系统包括两部分， 即快速由油缸拖动；慢速由直流伺服电机驱动油缸
加工机床分类
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电解加工设备的组成：包括机床本体、整流电源、电解液系统
三个主要实体以及相应的控制系统和加工工装设备。
电解加工设备的基本要求 (1) 机床刚性强。 (2) 进给速度稳定性高。 (3) 设备耐腐蚀性好。 (4) 电气系统抗干扰性强。 (5) 大电流传导性好。 (6) 安全措施完备。
（1）电解加工设备的特殊工作条件以及由此带来的特殊问题 工作现场环境恶劣 需承受复杂的动态负荷 大加工电流影响电源控制的稳定性
极间间隙小且呈动态变化
（2）电解加工设备的基本要求
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① 机床刚性好
A. 轴向刚度： 主轴头伸出最大行程，根据机床的额定电流，按照3N/1 A的比值，沿中心位臵施加正向力，主轴头轴向变形位移≤ 0.15mm B. 侧向刚度： 主轴头伸出最大行程，根据机床的额定电流，按照3N/1 A的比值，沿偏心e=1/4L施加正向力，主轴头侧向变形位 移≤0.07mm