2.3电解加工和电解磨削及超声波加工解析
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第四章：电化学加工
考虑如下的实验场景
e
铁片
铜片
阳极铁片 e
e 阴极铜片
NaCl
NaCl
4 电极的极化
在电化学过程中通常发生两种极化现象：浓差极化和电化学极化
1）浓差极化：在电化学反应过程中，阳极金属不断溶解的条件之 一是生成的金属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散。然而， 离子迁移扩散的速度是有一定限度的。在外电场的作用下，如果 阳极表面的液层中的金属离子迁移扩散的速度较慢而来不及扩散 到溶液中去，就会在阳极表面造成离子堆积，引起电位值增大 （代数值增大），这就是浓差极化。
使金属钝化膜破坏的过程称为活化。金属活化后，新鲜的金属 表面露出，可以进一步的参与电解过程，从而使加工速度提高。
二 电化学加工的分类
第一类 电解加工 第二类 电镀，涂镀和电铸加工 第三类 电化学与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺， 例如 电解磨削，超声电解等
第二节 电解加工
一 电解加工的过程及特点
m KIt
V It
m KIt
V It
根据法拉第电解定律，电解溶解或析出的物质的量只与该物质的 电化学当量，电解电流和电解时间有关。在理论上不受电解液浓 度，温度，压力，电极形状等因素的影响，与上述诸因素无关。
实际金属蚀除量
理论计算蚀除量 100 %
因此上述公式需要修正为：
m KIt V It
1 修复零件磨损表面、恢复几何尺寸、实施超差补救。
2 填补零件表面的划伤、凹坑、斑蚀、空洞等缺陷。例如机床 导轨、活塞液压缸等表面的修补。
3 大型、复杂、单个小批工件的表面镀镍、铜、锌、金、银等 防腐层、耐腐层等，用以改善表面性能。
四 电铸和涂镀（电镀）加工有何异同点？
相同点：两者的加工原理完全一样。
e
铁片
铜片
阳极铁片 e
e 阴极铜片
NaCl
NaCl
4 电极的极化
在电化学过程中通常发生两种极化现象：浓差极化和电化学极化
1）浓差极化：在电化学反应过程中，阳极金属不断溶解的条件之 一是生成的金属离子需要越过双电层，再向外迁移并扩散。然而， 离子迁移扩散的速度是有一定限度的。在外电场的作用下，如果 阳极表面的液层中的金属离子迁移扩散的速度较慢而来不及扩散 到溶液中去，就会在阳极表面造成离子堆积，引起电位值增大 （代数值增大），这就是浓差极化。
使金属钝化膜破坏的过程称为活化。金属活化后，新鲜的金属 表面露出，可以进一步的参与电解过程，从而使加工速度提高。
二 电化学加工的分类
第一类 电解加工 第二类 电镀，涂镀和电铸加工 第三类 电化学与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺， 例如 电解磨削，超声电解等
第二节 电解加工
一 电解加工的过程及特点
m KIt
V It
m KIt
V It
根据法拉第电解定律，电解溶解或析出的物质的量只与该物质的 电化学当量，电解电流和电解时间有关。在理论上不受电解液浓 度，温度，压力，电极形状等因素的影响，与上述诸因素无关。
实际金属蚀除量
理论计算蚀除量 100 %
因此上述公式需要修正为：
m KIt V It
1 修复零件磨损表面、恢复几何尺寸、实施超差补救。
2 填补零件表面的划伤、凹坑、斑蚀、空洞等缺陷。例如机床 导轨、活塞液压缸等表面的修补。
3 大型、复杂、单个小批工件的表面镀镍、铜、锌、金、银等 防腐层、耐腐层等，用以改善表面性能。
四 电铸和涂镀（电镀）加工有何异同点？
相同点：两者的加工原理完全一样。
电解加工(课件)
2011-3-3
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
2011-3-3
圆锥移动式阴极
2011-3-3
请多指正 谢谢大家
2011-3-3
2011-3-3
2011-3-3
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。
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
2011-3-3
圆锥移动式阴极
2011-3-3
请多指正 谢谢大家
2011-3-3
2011-3-3
2011-3-3
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。
2.3电解加工和电解磨削及超声波加工
作为导电介质，传递电流 产生电化学反应 排屑、散热
2）对电解液的要求
有高的导电率 低粘度和高的导热性来保证加工精度和表面质量 好的化学性能并能阻止工件表面上形成钝化膜 无腐蚀性或腐蚀性小，无毒 最终产物为不溶性物质，便于排屑 较好的经济性
金属的钝化和活化
阳极钝化：在电解加工中，使金属阳极溶解过程的超
图4-49 电铸原理图
1-电镀槽；2-阳极；3-直流电源；
4-电镀层；5-原模（阴极）；6-搅拌器； 7-电铸液；8-过滤器；9-泵；10—加热器
电铸原理如图4-49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原模的表面。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。
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、抽风装置、防腐处理设备等。
2、电解磨削的应用
电解磨削广泛应用于平面磨削、成型磨削和内外圆磨削。下 图（a）、（b）分别为立式平面磨削、卧式平面磨削的示意 图。图（c）为电解成型磨削示意图，其磨削原理是将导电磨 轮的外圆圆周按需要的形状进行预先成型，然后进行电解磨 削。 2
电解加工
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。
从1958年建立第一个研究基地至1965年全国首届电解加工学术会议召开，电解加工在航空、航海、航天及部分民用工业迅速推广。
20世纪70年代进入“爬坡”阶段，为了解决加工精度的问题，国内外先后提出混气电解加工、钝性电解液、工频脉冲电流、振动进给等工艺措施。
90年代后，华南理工大学在近代功率电子技术发展基础上研究的高频窄脉冲电流电解加工电源，进一步强化了电解加工系统的“非线形”。
西安昆仑机械厂和西安工业学院联合研制的CNC同步控制电解加工参数和阴极运动轨迹解决了大缠角混合膛线的加工难问题。
但是由于加工间隙的电场、流场、磁场及阴极溶解动力学因素的交互影响，电解加工过程十分复杂，阻碍着该项技术想纵深发展，比如对其过程的监测和控制非常困难，迄今为止，除了在个别应用对象上有所突破外，还没有通过的在线直接测量加工间隙的有效手段。
不均匀的间隙分布使工具阴极设计成为一项难度很大的工作，在对新的加工对象进行阴极研制的过程中往往要对阴极进行多次修正。
此外，从绿色制造的角度，电解加工产生的大量产物和废液需要处理。
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
6
电解加工
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解 的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。 的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。 对工件进行成形加工的一种方法 电解加工是特种加工技术中应用最广泛的技术 之一，尤其适合于难加工材料、 之一，尤其适合于难加工材料、形状复杂或薄 壁零件的加工。 壁零件的加工。
10
电解加工过程及其特点
电解加工的问题 电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制， 电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制， 尺寸精度一般只能达到0.15～ mm。 尺寸精度一般只能达到0.15～0.30 mm。 0.15 附属设备多，造价贵，占地面积大。 附属设备多，造价贵，占地面积大。 电解液腐蚀机床，电解液的处理也较困难，污染环境。 电解液腐蚀机床，电解液的处理也较困难，污染环境。
13
电解加工的基本规律
（2）加工精度 脉冲电流电解加工可明显提高加工精度； 脉冲电流电解加工可明显提高加工精度； 混气电解加工可提高加工精度，简化工具阴极的设计与制造； 混气电解加工可提高加工精度，简化工具阴极的设计与制造； 采用小间隙加工，对提高加工精度和生产率都有利。 采用小间隙加工，对提高加工精度和生产率都有利。间隙过 小引起火花放电； 小引起火花放电； 采用低浓度电解液，表面质量和加工精度都提高，但效率低； 采用低浓度电解液，表面质量和加工精度都提高，但效率低； 采用复合电解液，可保持高效率，又能提高加工精度。 采用复合电解液，可保持高效率，又能提高加工精度。
电解加工
电解加工基本原理
基本原理：金属在电解液中的“电化学阳极溶解” 基本原理：金属在电解液中的“电化学阳极溶解” 。 在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源（如图），使工 在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源（如图），使工 ）， 具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.1～ mm)， 具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.1～0.8 mm)，间隙中 (0.1 通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。 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， 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。 极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。
超声波加工技术-图文
大型超声加工机床都采用流量泵自动向加工区供给磨 料悬浮液，且品质好，循环良好。此外，工具和变幅 杆尺寸较大时，可在工具和变幅杆中间开孔，由孔内 抽吸磨料悬浮液，对提高加工质量有利。
a)加工微细孔; b)加工型腔；c)加工异形孔
套料；
切圆；
复杂沟槽
弯曲孔；
刻槽
超声精密 切割半导体、 铁氧体、石英 、宝石、陶瓷 、金刚石等硬 脆材料，
二、超声加工的特点
2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部 的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小 ，切削应力、切削热更小，不会产生变形及 烧伤，表面粗糙度也较低，也适于加工薄壁 、窄缝、低刚度零件。
二、超声加工的特点
3）工具可用较软的材料、做成较复杂的形 状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对 运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。一 般，超声加工机床的结构比较简单，操作、 维修也比较方便。
整个振动系统的联接部分应接触紧密，否则 超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹 联接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间 隙，因为超声波通过空气时会很快衰减。
CSJ-2型超声波加工机床 l--工作台；2--上具；3--变幅杆；4--换能器 5--导轨；6--支架；7--平衡重锤
简单的超声加工装置，其磨料是靠人工输送和更换的 ，即在加工前将悬浮磨料的工作液浇注在加工区，加 工过程中定时抬起工具和补充磨料。也可利用小型离 心泵使磨料悬浮液搅拌后浇注到加工间隙中去。对于 较深的加工表面，仍经常应将工具定时抬起以利磨料 的更换和补充。
超声波振动系统主要包括换能器、变幅杆、 工具。其作用是将由超声波发生器输出的高频电 信号转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端 面作小振幅的高频振动，以进行超声加工。
A、换能器 换能器的作用是将高频电振荡转换成机械振动。 目前，根据其转换原理的不同，有磁致伸缩式和 压电式两种。
a)加工微细孔; b)加工型腔；c)加工异形孔
套料；
切圆；
复杂沟槽
弯曲孔；
刻槽
超声精密 切割半导体、 铁氧体、石英 、宝石、陶瓷 、金刚石等硬 脆材料，
二、超声加工的特点
2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部 的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小 ，切削应力、切削热更小，不会产生变形及 烧伤，表面粗糙度也较低，也适于加工薄壁 、窄缝、低刚度零件。
二、超声加工的特点
3）工具可用较软的材料、做成较复杂的形 状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对 运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。一 般，超声加工机床的结构比较简单，操作、 维修也比较方便。
整个振动系统的联接部分应接触紧密，否则 超声波传递过程中将损失很大能量。在螺纹 联接处应涂以凡士林油，绝不可存在空气间 隙，因为超声波通过空气时会很快衰减。
CSJ-2型超声波加工机床 l--工作台；2--上具；3--变幅杆；4--换能器 5--导轨；6--支架；7--平衡重锤
简单的超声加工装置，其磨料是靠人工输送和更换的 ，即在加工前将悬浮磨料的工作液浇注在加工区，加 工过程中定时抬起工具和补充磨料。也可利用小型离 心泵使磨料悬浮液搅拌后浇注到加工间隙中去。对于 较深的加工表面，仍经常应将工具定时抬起以利磨料 的更换和补充。
超声波振动系统主要包括换能器、变幅杆、 工具。其作用是将由超声波发生器输出的高频电 信号转变为机械振动能，并通过变幅杆使工具端 面作小振幅的高频振动，以进行超声加工。
A、换能器 换能器的作用是将高频电振荡转换成机械振动。 目前，根据其转换原理的不同，有磁致伸缩式和 压电式两种。
模具加工工艺流程单选题100道及答案
模具加工工艺流程单选题100道及答案1. 模具加工的第一步通常是：A. 设计B. 选材C. 粗加工D. 热处理答案：A解析：模具加工首先需要进行设计，确定模具的结构、尺寸和技术要求等。
2. 模具选材时，主要考虑的因素不包括：A. 模具寿命B. 成本C. 颜色D. 机械性能答案：C解析：模具选材主要依据模具寿命、成本和机械性能等，颜色通常不是主要考虑因素。
3. 以下哪种加工方法常用于模具的粗加工？A. 电火花加工B. 铣削C. 磨削D. 线切割答案：B解析：铣削在模具粗加工中应用广泛，能快速去除大量材料。
4. 模具的热处理目的是：A. 提高硬度B. 改善韧性C. 消除应力D. 以上都是答案：D解析：模具热处理可提高硬度、改善韧性、消除应力等，从而提高模具性能。
5. 精磨模具时，常用的磨料是：A. 刚玉B. 碳化硅C. 金刚石D. 玻璃砂答案：C解析：金刚石磨料常用于模具的精磨，能获得较高的精度和表面质量。
6. 模具的电火花加工主要用于：A. 加工异形孔B. 切割外形C. 去除毛刺D. 抛光表面答案：A解析：电火花加工常用于加工复杂形状和异形孔。
7. 以下哪种设备常用于模具的线切割加工？A. 车床B. 铣床C. 电火花线切割机床D. 钻床答案：C解析：专门的电火花线切割机床用于模具的线切割加工。
8. 模具的抛光处理主要是为了：A. 提高精度B. 改善外观C. 降低粗糙度D. 以上都是答案：D解析：抛光能提高模具精度、改善外观并降低表面粗糙度。
9. 模具加工中，钻削主要用于：A. 加工孔B. 切割外形C. 平面加工D. 曲面加工答案：A解析：钻削主要用于在模具上加工孔。
10. 以下哪种刀具常用于模具的铣削加工？A. 立铣刀B. 麻花钻C. 车刀D. 丝锥答案：A解析：立铣刀是模具铣削加工中常用的刀具。
11. 模具的数控加工的优点是：A. 精度高B. 效率高C. 适应性强D. 以上都是答案：D解析：数控加工具有精度高、效率高和适应性强等优点。
电解加工(课件)讲解学习
2020/6/26
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。 2.NaNO3电解液——钝化型电解液。NaNO3电解液在浓 度为30％以下时，有较好的非线形性能，成形精度高， 而且对机床腐蚀性小，价格也不高。主要缺点是电流效 率低，生产率也低，另外加工时阴极有氨气析出，所以 NaNO3会被消耗。 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 时注意安全防火。
2020/6/26
3.改进电解液——钝化型电解液、复合电解液 、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
2020/6/26
3.电解加工的基本设备
1.直流电源——为提高电解加工精度，生产中 采用脉冲电源加工。 2.机床 ——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。
2020/6/26
2020/6/26
电化学反应示意图
电解质溶液 溶于水能导电的物质叫做电解质 。例如：NaCl——Na++Cl- 强电解质；氨水 、醋酸等为弱电解质 电极电位 产生在金属和它的盐溶液之间的电 位差称为金属的电极电位。“双电层” “平 衡电极电位” 电极的极化 金属的钝化和活化
2020/6/26
2020/6/26
2020/6/26
电解加工示意图
电解加工的特点：
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。 2.NaNO3电解液——钝化型电解液。NaNO3电解液在浓 度为30％以下时，有较好的非线形性能，成形精度高， 而且对机床腐蚀性小，价格也不高。主要缺点是电流效 率低，生产率也低，另外加工时阴极有氨气析出，所以 NaNO3会被消耗。 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 时注意安全防火。
2020/6/26
3.改进电解液——钝化型电解液、复合电解液 、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
2020/6/26
3.电解加工的基本设备
1.直流电源——为提高电解加工精度，生产中 采用脉冲电源加工。 2.机床 ——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。
2020/6/26
2020/6/26
电化学反应示意图
电解质溶液 溶于水能导电的物质叫做电解质 。例如：NaCl——Na++Cl- 强电解质；氨水 、醋酸等为弱电解质 电极电位 产生在金属和它的盐溶液之间的电 位差称为金属的电极电位。“双电层” “平 衡电极电位” 电极的极化 金属的钝化和活化
2020/6/26
2020/6/26
2020/6/26
电解加工示意图
电解加工的特点：
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（2）电解磨削与普通电解的比较 相同点——阳极溶解机理相同。
不同点——阳极钝化膜的去除原理不同。
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； 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（3）与机械磨削的比较
①加工范围广，加工效率高。
②加工精度和表面质量高。 ③砂轮的磨损量小。 ④ 但 电 解 磨 削 的机床 、夹具等需采取防蚀防锈措 施，还需增加吸气、排气装置；而且需要直流电源、 电解液过滤、循环装置等附属设备；此外，加工刀具
刃口不易磨得非常锋利。
（4）电解磨削特点
－ ＋
5 4
(a)
(b)
（a）
（b ） 电解磨削示意图
（c）
附加内容：电铸加工 1、电铸加工原理及特点
（1）成型原理
与电镀原理相似，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。
2.3电解加工和电解磨削
2.3 电解加工和电解磨削
主要内容
2.3.1 电解加工的基本原理与规律 2.3.2 电解加工的特点及应用 2.3.3 电解磨削的基本原理
2.3.4 电解磨削的特点及应用
2.3.1 电解加工的基本原理与规律
1、基本原理 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。
• 平衡间隙：
端面平衡间隙△b指 在电解加工中，加 工过程达到稳定 时，两极之间的间 隙。
2.3.2 电解加工的特点及应用
1、优点 电解加工与其他加工方法相比较，它具有下列特点: 1）加工范围广，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 5 ～ 10 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，电解加工无切削力和切削热，不产生残余 应力和热变形，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常情况 下，表面粗糙度Ra可达0.2～1.25 μm。 4）阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。 5）不需要复杂的成型运动就可以加工复杂的空间曲面，且 不会像传统机械加工那样，留下条纹痕迹。
金属的活化：使金属钝化膜破坏的过程称为活化。 引起活化的因素很多，例如：把溶液加热，通入还原
性气体或加入某些活性离子等等，也可以采用机械办法破 坏钝化膜，电解磨削就是利用了这一原理。
例： NaCl电解液
NaCl电解液的特点：
易溶解、电离度高→导电性好 含有活化Cl-离子→钝化膜小 适应面广、价廉 杂散腐蚀严重，复制精度差
高，具有良好的导电性能，十分有利于电加工。
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。 电铸层厚度不易均匀，且厚度较薄，仅为 4～8 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
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）。
电解加工中常用的电解液有 NaCl 、 NaNO3 和 NaClO3 三种溶 液。下面仅介绍用 10%~20% 的氯化钠水溶液作电解液加工低 碳钢时的主要化学反应：
水溶液
H2 O
H++OH-
工件阳极反应
Fe –2e Fe+² Fe+² + 2OHFe(OH)2
4Fe（OH）2+2H2O+O2
(8)珩磨；
(9)切断。
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4.3 电解磨削
1、加工原理及特点 （1） 加工原理 电解磨削是电解加工 的一种特殊形式，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。
电流从工件3通过电解液5而流 向磨轮，形成通路，于是工件 ( 阳 极 ) 表面的金属在电流和电解液的
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。 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，工件表面逐渐 被加工成接近于工具电极的形 状，直至将工具的形状复制到 工件上。
2 电解液
电解质：溶于水后能导电的物质 电解质溶液：电解质+水，简称电解液 电解质电离：如，离子型晶体NaCl
4、电解加工的三个条件 （1）工具与工件之间接上直流电源； （2）工具与工件之间保持较小的间隙； （3）工具与工件之间注入高速流动的电解液。
5、电解加工的应用
目前电化学加工主要用于：
(1)复杂三维曲面的端面和外圆加工； (2)刻模，特别是深窄的槽和孔； (3)靠模加工和特殊形状仿形； (4)多孔加工； (5)拉孔； (6)去毛刺； (7)磨削；
图4-49 电铸原理图
1-电镀槽；2-阳极；3-直流电源；
4-电镀层；5-原模（阴极）；6-搅拌器； 7-电铸液；8-过滤器；9-泵；10—加热器
电铸原理如图4-49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原模的表面。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。
（1）电流密度对生产率的影响 法拉第电解规律：
电解时电极上溶解或析出物质的量（质量或是体积）与电解电流大小 和电解时间成正比，亦与电量成正比。
蚀除速度：蚀除速度与电流密度成正比，电流速 度越高，生产率也越高。平均电流速度为 10~100A/cm2。当电解液流速较高时，可以选用较 高的电流密度。 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。 实际的电流强度取决与电源电压、电极间隙、及电解 液的导电率。
2、主要缺点和局限性
1）不能加工非导电材料，较难加工窄缝、小孔及尖角。 2）复杂加工表面的电极工具的设计和修正比较麻烦，不 利于单件小批量生产。 3）电解加工的附局设备较多，占地面积较大，机床要有 足够的刚性和防腐性能，造价高。 4）电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境。
3、电解加工的选用原则 适用于难加工材料的加工； 适用于相对复杂形状零件的加工； 适用于批量大的零件加工。 一般认为，三原则均满足时，相对而言选择电解加 工比较合理。
电位升高和电解速度减慢的现象。 金属钝化的原因，主要有成相理论和吸附理论两种。 成相理论认为，金属与溶液作用后在金属表面上形成 了一层紧密的极薄的膜，通常是由氧化物、氢氧化物或盐
组成，从而使金属表面失去了原来具有的活泼性质，使溶
解过程减慢。 吸附理论认为，金属的钝化是由于金属表面形成了氧 的吸附层引起的。
3、电铸加工的工艺过程及要点
电铸设备主要包括电铸槽、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 6～12 V左右，并可调。
（3）搅拌和循环过滤系统
作用下发生电解作用(电化学腐
蚀 ) ，被氧化成为一层极薄的氧化 物或氢氧化物薄膜 4 ，一般称它为 阳极薄膜。但刚形成的阳极薄膜迅 速被导电砂轮中的磨料刮除，在阳 极工件上又露出新的金属表面并被 继续电解。这样，由电解作用和刮
除薄膜的磨削作用交替进行，使工
件连续地被加工，直至达到一定的 尺寸精度和表面粗糙度。
（2）特点
能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路，表面粗糙 度Ra可达0.1 μm，一般不需抛光即可使用。 原模材料不限于金属，可以是石膏、石蜡和环氧树脂 等，有时还可用制品零件直接作为母模。 表面硬度可达 35 ～ 50HRC ，所以电铸型腔使用寿命
长。
电铸可获得高纯度的金属制品，如电铸铜，它纯度
• （2）加工间隙对生产率的影响
一般来说，加工间隙越小，电解液的电阻越小，电流密度越大，蚀除 速度也就越高。 蚀除速度 Va 与电极间隙 △ 成反比： Va=C/△。 其中 C 称之为双曲线常 数。
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。
NaCl → Na+ + Cl 强电解质：在水中100%电离 强酸、强碱、大多数盐类 弱电解质：仅有一部分电离
氨(NH3) 、醋酸(CH3COOH)
2 电解液
中性：NaCl，NaNO3，NaClNO3 酸性：HCl，HNO3，H2SO4 碱性： NaOH，KOH
3 电解液及其特性
1）电解液的作用
2、电解磨削的应用
电解磨削广泛应用于平面磨削、成型磨削和内外圆磨削。下 图（a）、（b）分别为立式平面磨削、卧式平面磨削的示意 图。图（c）为电解成型磨削示意图，其磨削原理是将导电磨 轮的外圆圆周按需要的形状进行预先成型，然后进行电解磨 削。 2