电解加工讲解

图中的细竖线表示通过阳极（工件）和阴极（工具） 间的电流。竖线的疏密程度表示电流密度的大小 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似的形状为止。
电解磨削由于集中了电解加工和机械磨 削的优点，生产中经常用来磨削一些高 硬度材料的零件。如：各种硬质合金刀 具、量具，挤压拉丝模，轧辊等，普通 磨削难以加工的小孔、深孔、薄壁筒、 细长杆件等。
五、 复合电解磨削
复合电解磨削是利用电解作用与机械磨 削作用相结合而进行加工的复合加工。
1.复合电解磨削的基本原理
复合电解磨削所用的阴极工具是含有磨 粒的导电砂轮。 电解磨削过程中，金属主要是靠电化学 作用腐蚀下来，导电砂轮起磨去电解产 物阳极钝化膜和整平工件表面的作用。
导电砂轮1与直流电源 的阴极相联，被加工 工件2（硬质合金车刀） 接阳极，它在一定的 压力下与导电砂轮相 接触，加工区域中送 入电解液3，在电解和 机械磨削的双重作用 下，车刀的后刀面很 快被磨光。
电解加工
一、电解加工的原理
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。
1-直流电源 2-工具阴极 3-工件阳极 4-电解液泵 5-电解液
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。
d．对机床、工具腐蚀相对较小 由于电解磨削是靠砂轮磨粒来刮除具有 一定硬度和粘度的阳极钝化膜，由此电 解液中不能含有活化能力很强的活性离 子（如Cl-离子），一般使用腐蚀能力较 弱的NaNO3、NaNO2等为主的电解液，以 提高电解成形精度和有利于机床、工具 的防锈、防蚀。
3. 复合电解磨削的应用
（３）加工间隙对生产率的影响 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。 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。
四、电解加工的应用
１．型腔加工 对模具消耗较大、精度要求不太高的矿 山机械、农机、拖拉机等所需的锻模已 逐渐采用电解加工。
2．型面加工 涡轮发动机、增压器、汽轮机等的叶片，叶身 型面形状比较复杂、要求精度高，加工批量 大，采用机械加工难度大，生产率低，加工周 期长，而采用电解加工则不受叶片材料硬度和 韧性的限制，在一次行程中就可加工出复杂的 叶身型面，生产率高，表面粗糙度小，电解加 工整体叶轮在我国已得到普遍应用。
（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。
电解加工缺点：
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、制造和修正较麻烦，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。
5.深小孔加工 加工深小孔有两种方法，即普通电解加 工和电液束加工。
6. 型孔加工 对一些形状复杂、尺寸较小的四方、六 方、椭圆、半圆等形状的通孔和不通 孔，机械加工很困难，可采用电解加工。
7.套料加工 用套料加工方法可以加工等截面的大面 积异形孔或用于等截面薄形零件的下料。
异形零件
套料阴极工具 1—阴极片； 2—阴极体
2.复合电解磨削的特点
a．加工范围广、加工效率高 由于电解作用和工程材料的机械性能关 系不大，因此，只要选择合适的电解液 就可以用来加工任何高硬度、高韧性的 金属材料。 加工硬质合金时，与普通的金刚石砂轮 磨削相比，电解磨削的加工效率要高3～ 5倍。
b．工件的加工精度和表面质量高 由于砂轮只起刮除阳极薄膜的作用，磨 削力和磨削热都很小，不会产生磨削裂 纹和烧伤现象，因而能提高加工表面质 量和加工精度，一般表面粗糙度可优于 Ra0.16μm。
（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±0.1mm左右的平均加 工精度。电解微细加工钢材的精度可达±10～ 70μm。 适合于加工易变形或薄壁零件。
（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。
二、电解加工的特点 （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、高硬度和高韧性等难切削的金 属材料，如淬火钢、钛合金、硬质合金、不 锈钢、耐热合金， 可加工叶片、花键孔、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）能以简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/min。
三、电解加工的基本工艺规律
1．生产率及其影响因素
（１）电化学当量对生产率的影响 电化学当量愈大生产率愈高。 实际电蚀量为
m = ηKIt V = ηω It
（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．电解倒棱去毛刺 机械加工中去毛刺的工作量很大，尤其 是去除硬而韧的金属毛刺，需要很多的 人力，电解倒棱去毛刺可以大大提高工 效。
4. 深孔扩孔加工 深径比大于5的深孔，用传统切削加工方法加 工，刀具磨损严重，表面质量差，加工效率低。 目前采用电解加工方法加工φ4×2000mm、 φ100×8000mm的深孔，加工精度高，表面粗 糙度低，生产率高。 电解加工深孔，按工具阴极的运动方式可分为 固定式和移动式两种。
② 阴极反应 按可能性为 2H++2e H2↑ Na++e Na↓ 按照电极反应的基本原理，电极电位最 正的粒子将首先在阴极反应。因此，在 阴极上只会析出氢气，而不可能沉淀出 钠。
电解加工过程中，由于水的分解消耗， 电解液的浓度逐渐变大，而电解液中的 Cl-和Na+仅起导电作用，本身并不消耗， 因此对于NaCl电解液，只要过滤干净， 适当添加水分，就可长期使用。 工具也可长期使用。
c．砂轮的磨损量小 普通刃磨时，碳化硅砂轮磨削硬质合金其磨损 量为硬质合金质量的4～6倍，电解磨削时仅为 硬质合金切除量的50%～100%；与普通金刚石 砂轮磨削相比，电解磨削砂轮的损耗速度仅为 它们的1/5～1/10，可显著降低成本。 采用电解磨削加工不仅比单纯用金刚石砂轮磨 削时效率提高2～3倍，而且大大节省金刚石砂 轮，一个金刚石导电砂轮可用5～6年。
电解磨削原理图
1磨料砂轮，2导电砂轮 结合剂铜或石墨，3工 件，4电解产物（阳极 钝化薄膜），5电解液
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（阳极 薄膜）。但阳极薄膜迅速被导电 砂轮中磨粒刮除，在阳极工件上 又露出新的金属表面并被继续电 解。这样电解作用和刮除薄膜的 磨削作用交替运行，工件被连续 加工，直至达到一定的尺寸精度 和表面粗糙度。
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如下：
（１）脉冲电流电解加工 （２）小间隙电解加工 （３）改进电解液 （４）混气电解加工
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淀，不含固体 颗粒杂质。
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，
钢在NaCl水溶液中电解加工的 电极反应
① 阳极反应 Fe—2e Fe+2 Fe—3e Fe+3 4OH-—4e O2↑+2H2O 2CL-—2e CL2 ↑ Fe+2+2OHFe（OH）2↓ （墨绿色 的絮状物 ） 沉淀为 4Fe（OH）2+2H2O+O2 4Fe （OH）3↓ （黄褐色沉淀）