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电化学加工
电化学加工
电化学加工(electrochemical machining ) 利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。
与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。
常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。
电化学加工的特点
电化学加工（ECM），是一种以电解原理为基础的加工技术。
加工时工具作为阴极和直流电源的负极连接，工件则作为阳极和电源正极相连。
在电解液中阴极和工件之间发生电荷交换，阳极工件被溶解。
ECM技术的优势在于：
1）能加工各种硬度和强度的材料，不管其硬度和强度有多大，都可以加工；
2）生产效率高，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；
3）表面质量好，不会产生残余应力和变质层，没有飞边、刀痕和毛刺，表面粗糙度可达Ra0.05μm；
4）工具电极在理论上不损耗，基本上可以长期使用。
ECM技术当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸一般只能达到0.15-0.3mm。
德国埃马克在电解加工的基础上，独立研发的精密电解加工技术，不仅可以满足越来越小的零件加工需求，而且加工精度可达到20μm以
下，同时也使产品表面质量更趋完美。
如今，电化学加工法已被广泛应用在航空航天、汽车制造、精密医疗仪器制造、显微技术和能源技术领域。
不管是特硬的的高温合金材料如镍基，钛合金零件，还是淬火后的零件，采用电化学加工技术都可以对它们进行经济有效的精密加工。
电解加工(课件)
2011-3-3
电解加工示意图
2011-3-3
电解加工的特点： 电解加工的特点：
1.加工范围广，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈 钢、耐热合金等高硬度、及韧性金属材料，并可以加工 叶片、锻模等各种复杂型面。电解加工是一次成型，工 件材料的蚀除速度不受加工材料的硬度、强度、韧性的 影响。 2.电解加工的生产率较高，约为电火花加工的5～ 10倍。 3.加工表面质量好。工件的材料以离子状态去除， 无冷作硬化层、热再铸层以及由此引起的表面纤维裂纹， 表面光整、无加工纹路、无毛刺。由于无切削力和表层 内应力，因此工件的加工变形小。表面粗糙度较好 （Ra1.25～0.2µm）和±0.1mm左右的平均加工精度。
2011-3-3
电解加工缺陷和局限性主要有: 电解加工缺陷和局限性主要有:
1.加工精度和加工稳定性不高。由于受电化学、流场及 电场等因素的影响，工具与工件间的加工间隙分布不均 匀、不稳定，无法对其进行直接控制，而且直流电解加 工的散蚀能力较强，整平比不够高。 2.由于工具阴极与实验夹具的设计制造工作量大，使生 产准备周期延长，对于单件小批量生产的成本较高。同 时电解加工所需的附属设备较多、占地面积较大，且机 床需要足够的刚性和防腐蚀性，造价较高。因此零件批 量越小，单件的电解加工成本越高。 3.需要解决“废液、废气、废渣”处理问题，以防环境 污染。
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。
2011-3-3
4.电解加工工艺及应用 电解加工工艺及应用
1.深孔扩孔加工 2.型孔加工 3.型腔加工 4.套料加工 5.叶片加工 6.电解倒棱去毛刺 7.电解刻字 8.电解抛光 9.电解复合加工 电解复合加工 10.微细电解加工 微细电解加工
电解加工示意图
2011-3-3
电解加工的特点： 电解加工的特点：
1.加工范围广，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈 钢、耐热合金等高硬度、及韧性金属材料，并可以加工 叶片、锻模等各种复杂型面。电解加工是一次成型，工 件材料的蚀除速度不受加工材料的硬度、强度、韧性的 影响。 2.电解加工的生产率较高，约为电火花加工的5～ 10倍。 3.加工表面质量好。工件的材料以离子状态去除， 无冷作硬化层、热再铸层以及由此引起的表面纤维裂纹， 表面光整、无加工纹路、无毛刺。由于无切削力和表层 内应力，因此工件的加工变形小。表面粗糙度较好 （Ra1.25～0.2µm）和±0.1mm左右的平均加工精度。
2011-3-3
电解加工缺陷和局限性主要有: 电解加工缺陷和局限性主要有:
1.加工精度和加工稳定性不高。由于受电化学、流场及 电场等因素的影响，工具与工件间的加工间隙分布不均 匀、不稳定，无法对其进行直接控制，而且直流电解加 工的散蚀能力较强，整平比不够高。 2.由于工具阴极与实验夹具的设计制造工作量大，使生 产准备周期延长，对于单件小批量生产的成本较高。同 时电解加工所需的附属设备较多、占地面积较大，且机 床需要足够的刚性和防腐蚀性，造价较高。因此零件批 量越小，单件的电解加工成本越高。 3.需要解决“废液、废气、废渣”处理问题，以防环境 污染。
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。
2011-3-3
4.电解加工工艺及应用 电解加工工艺及应用
1.深孔扩孔加工 2.型孔加工 3.型腔加工 4.套料加工 5.叶片加工 6.电解倒棱去毛刺 7.电解刻字 8.电解抛光 9.电解复合加工 电解复合加工 10.微细电解加工 微细电解加工
现代加工技术
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9.2 电火花加工
9.2.1电火花加工的基本原理
1.基本原理 如图9-1所示为电火花穿孔成形加工原理及设
备组成。工件和工具电极分别与脉冲电源的输 出端相连接。自动进给调节装置(此处为液压缸) 使工具电极和工件之间始终保持一定的放电间 隙（约0.01～0.2㎜）。
解决刚度极低的零件(细长、薄壁零件及弹性元件)的加工问题 等。
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第5页，共75页。
9.2 电火花加工
电火花加工是在一定绝缘性能的液体介质(如煤油、机械 油)中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作
用，对工件进行加工的方法。
电火花加工可以加工用普通机械加工方法难以加工或无 法加工的高硬度导电材料，加工精度高，很适合模具加 工；
第18页，共75页。
9.2 电火花加工
穿孔电极常用的材料有钢、铸铁、紫铜、黄铜、石墨及铜钨、银钨合金 等。
钢和铸铁切削加工性能好，价格便宜，但电加工稳定性差；
紫铜和黄铜的电加工稳定性好，但电极损耗较大；
石墨电极的损耗小，电加工稳定性较好，但电极的磨削加工困难； 铜钨、银钨合金电加工稳定性好，电极损耗小，但价格贵，多用于硬质合金穿孔及深孔
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9.1 概 述
特种加工按能量来源和作用原理可分类如下： 机械能——高速切削加工
电、热——电火花加工、电子束加工、等离子束加工 电、机械——离子束加工 电化学——电解加工
电化学、机械——电解磨削、阳极机械磨削 声、机械——超声加工
光、热——激光加工
流体、机械——磨料流动加工、磨料喷射加工 化学——化学加工 液流——液力加工
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9.2 电火花加工
9.2.1电火花加工的基本原理
1.基本原理 如图9-1所示为电火花穿孔成形加工原理及设
备组成。工件和工具电极分别与脉冲电源的输 出端相连接。自动进给调节装置(此处为液压缸) 使工具电极和工件之间始终保持一定的放电间 隙（约0.01～0.2㎜）。
解决刚度极低的零件(细长、薄壁零件及弹性元件)的加工问题 等。
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9.2 电火花加工
电火花加工是在一定绝缘性能的液体介质(如煤油、机械 油)中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作
用，对工件进行加工的方法。
电火花加工可以加工用普通机械加工方法难以加工或无 法加工的高硬度导电材料，加工精度高，很适合模具加 工；
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9.2 电火花加工
穿孔电极常用的材料有钢、铸铁、紫铜、黄铜、石墨及铜钨、银钨合金 等。
钢和铸铁切削加工性能好，价格便宜，但电加工稳定性差；
紫铜和黄铜的电加工稳定性好，但电极损耗较大；
石墨电极的损耗小，电加工稳定性较好，但电极的磨削加工困难； 铜钨、银钨合金电加工稳定性好，电极损耗小，但价格贵，多用于硬质合金穿孔及深孔
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9.1 概 述
特种加工按能量来源和作用原理可分类如下： 机械能——高速切削加工
电、热——电火花加工、电子束加工、等离子束加工 电、机械——离子束加工 电化学——电解加工
电化学、机械——电解磨削、阳极机械磨削 声、机械——超声加工
光、热——激光加工
流体、机械——磨料流动加工、磨料喷射加工 化学——化学加工 液流——液力加工
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现代加工技术第4章 电火花加工
4.2.电火花加工的基本规律
2 电火花加工的加工速度和工具损耗速度
II 工具相对损耗：vEvW 10 % 0
i 正确选择极性
正极性加工，电极的相对损耗都难低于10%； 脉宽小于15μs的窄脉宽范围内，正极性加工的工具电
极相对损耗比负极性加工小；
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第4章 电火花加工
2020/12/13
4.2.电火花加工的基本规律
ii 残余应力：
由于热作用而形成残余应力，大部分为拉应力；
残余应力的大小和分布，主要和材料在加工前的热处 理状态及加工时的脉冲能量有关；
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第4章 电火花加工
2020/12/13
4.2.电火花加工的基本规律
4 电火花加工的表面质量
III 表面力学性能
iii 耐疲劳性能：
残余拉应力和显微裂纹降低耐疲劳性能； 采用回火处理、喷丸处理等可以降低残余应力而提高疲 劳强度；
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第4章 电火花加工
2020/12/13
4.1.电火花加工的基本原理和特点
1 基本原理
II 电火花加工设备的组成
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第4章 电火花加工
2020/12/13
4.1.电火花加工的基本原理和特点
1 基本原理
III 火花放电过程
电火花蚀除材料的过程是电力、磁力、 热力和流体动力等综合作用过程；
2 电火花加工的加工速度和工具损耗速度
II 工具相对损耗：
ii 利用镀覆效应
带负电荷的碳胶团在电场的作用下，向正极移动并吸附 在正极表面；
当温度合适，一定时间后能形成一定厚度的化学吸附 膜（黑膜）；
当采用负极性加工时，黑膜对电极起到保护和补偿作 用；
现代加工技术
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课题四 电火花加工
③切割时几乎没有切削力，所以，可以用于切割极薄的工件 ④由于采用移动的长电极丝加工，使单位长度电极丝的损耗
较少，从而对加工精度的影响较小电火花线切割加工的不足 之处是不能加工盲孔类零件表面和阶梯成形表面(立体成形表 面)。
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课题五 超声加工
一、超声加工的工作原理
特种加工还对工艺过程的安排产生了影响，如粗、精加工分 开以及工序集中与分散等产生了影响。由于特种加工时没有 显著的切削力，所以机床、夹具、工具、工件的刚度、强度 不是主要矛盾，即使是复杂的、精度要求高的加工表面也常 常用一个复杂工具，简单的运动轨迹.一次安装.一道工序就 加工出来了。
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课题二 电解加工
(4)激光雕刻。激光雕刻与切割基本相同。只是工件的移动 由两个坐标的数控系统传动，可在平板上蚀出所需图样，一 般多用于印染行业及美术作品。
(5)激光表面处理激光表面处理主要是用激光对金属工件表 面进行扫描加热。
激光加工是一门崭新技术，是一种极有发展前途的新工艺。
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课题四 电火花加工
项目九 现代加工技术
课题一 课题二 课题三 课题四 课题五 课题六
概述 电解加工 激光加工 电火花加工 超声加工 电子束加工及水射流加
课题一 概述
现代加工是指直接利用机械能、电能、热能、光能、声能、 化学能机电化学能等进行加工的总称(有时可称特种加工)。 与传统的切削加工的区别在于:不是主要依靠机械能，而是主 要用其他能量去除工件上的多余材料;工具硬度可以低于被加 工材料的硬度;加工过程中工具与工件之间一般不存在显著的 切削力。
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课题二 电解加工
二、电解加工的点
课题四 电火花加工
③切割时几乎没有切削力，所以，可以用于切割极薄的工件 ④由于采用移动的长电极丝加工，使单位长度电极丝的损耗
较少，从而对加工精度的影响较小电火花线切割加工的不足 之处是不能加工盲孔类零件表面和阶梯成形表面(立体成形表 面)。
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课题五 超声加工
一、超声加工的工作原理
特种加工还对工艺过程的安排产生了影响，如粗、精加工分 开以及工序集中与分散等产生了影响。由于特种加工时没有 显著的切削力，所以机床、夹具、工具、工件的刚度、强度 不是主要矛盾，即使是复杂的、精度要求高的加工表面也常 常用一个复杂工具，简单的运动轨迹.一次安装.一道工序就 加工出来了。
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课题二 电解加工
(4)激光雕刻。激光雕刻与切割基本相同。只是工件的移动 由两个坐标的数控系统传动，可在平板上蚀出所需图样，一 般多用于印染行业及美术作品。
(5)激光表面处理激光表面处理主要是用激光对金属工件表 面进行扫描加热。
激光加工是一门崭新技术，是一种极有发展前途的新工艺。
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课题四 电火花加工
项目九 现代加工技术
课题一 课题二 课题三 课题四 课题五 课题六
概述 电解加工 激光加工 电火花加工 超声加工 电子束加工及水射流加
课题一 概述
现代加工是指直接利用机械能、电能、热能、光能、声能、 化学能机电化学能等进行加工的总称(有时可称特种加工)。 与传统的切削加工的区别在于:不是主要依靠机械能，而是主 要用其他能量去除工件上的多余材料;工具硬度可以低于被加 工材料的硬度;加工过程中工具与工件之间一般不存在显著的 切削力。
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课题二 电解加工
二、电解加工的点
5现代加工技术-电加工技术
现代设计与集成制造技术教育部重点实验室
2、电火花加工速度和工具电极损耗速度 电火花加工时，工具和工件都有不同程度的电蚀 。单位时间工件的电蚀量称为加工速度，单位时间内 工具的电蚀量称为损耗速度。 （1）加工速度 通常用单位时间内工件体积蚀除量或质量蚀除量 表示。 电火花成形加工的加工速度分别为： 粗加工：200~1 000 mm³ /min 半精加工：20~100 mm³ /min 精加工10 mm³ /min以下
如图1所示。工件与工具都臵于流动工作液中 ，并分别与脉冲电源的正、负极相接。自动进给 调节装臵使工具与工件保持很小的放电间隙。通 过脉冲发生器，在一定条件下相对某一间隙最小 处或绝缘强度最低处击穿介质，使工具与工件间 产生脉冲放电现象。由于放电时间很短，且发生 在放电区的小点上，所以能量高度集中，放电区 的电流密度很大，引起金属材料的熔化或气化， 从而达到去除材料的目的，流动的工作液将腐蚀 掉的金属材料带离工作区，从而达到电火花加工 的目的。
现代设计与集成制造技术教育部重点实验室
5.2.6 发展动态
国外传统制造强国如美国、日本、德国等对此进行了 深入的研究，国内山东大学、清华大学、哈尔滨工业大学 、华中科技大学等对此进行相关的研究。 一般主要集中在放电电流、脉宽、脉间参数等对加工 效率和表面质量的影响。同时也对电火花技术进行改进研 究，如采用向工作液中通入一定的氧气，通过氧化反应产 生大量的热量，有利于工件材料的熔化或气化，并增加抛 出熔融物质的爆炸力，从而提高材料去除率； 也有些学者提出使工具电极作超声振动，振动可以改 善间隙中杂质的分布，有利于碎屑的排除，可以大幅度提 高加工速度。 发展了电火花镜面加工技术，通过在工作液中添加一 定浓度的硅、铝等微细粉末，以改变电火花放电状态，使 电火花加工表面的粗糙度显著降低，表面性能得到改善。
4第四章 电化学加工(删减)
UR t 0
第五章 高能束加工
1. 2. ①
②
③ ④
常用的高能密度束流加工方法主要是激光加工、 电子束加工、离子束加工等。 高能密度束流加工的共同特点： 加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少， 工件变形小。 束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、 电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间 熔融气化，而离子束加工是以极大能量撞击零 件表面，使材料变形、分离破坏。 工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题。 束流控制方便，易实现加工过程自动化 可用于打孔、切割、焊接、镀膜、熔炼、热处 理、精细加工
化学镀一层Cu、Ag、Ni等
4.应用举例（镍质精密喷嘴内孔0.2－0.5mm，内 壁镀铬） 车黄铜棒－镀铬－电铸镍－腐蚀去除黄铜芯
第四章 电化学加工
二 电刷镀加工
刷镀、涂镀、无 槽电镀
l.电刷镀原理 原理：阴极沉积 刷镀不需电镀槽， 零件与直流电源的负极相接， 镀笔与正极相接。
电刷镀是把适当的电镀液刷镀到受损 的机械零部件上使其回生的技术。 几乎所 有与机械有关的工业部门都在推广应用， 能以很低的成本换得较大的经济效益。
3.电刷镀工艺 1)设备与电镀溶液 (1)表面预处理溶液 ① 电净液 ② 活化液 (2)电刷镀溶液 2)电刷镀工艺 ① 零件表面的准备：磨、锉削等；除油、 除锈；电净处理；活化处理；对不处 理的部位涂保护层 ② 打底层(过渡层) 1-2微米 ③ 镀工作镀层：可以恢复尺寸 车床导轨面，镀铜修复 ② 填补零件表面的划伤、凹坑、孔洞 ③ 大型、复杂、单个小批工件的局部电镀
格点置换离子
位移原子
图 离子碰撞过程模型
二、离子束加工设备 1、离子枪 ① 离子枪－－灯丝发射电子，电子碰撞原子－－ 产生离子 ② 有效工作区：均匀性为±5％的区域，
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
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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。
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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
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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。
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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
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电解加工示意图
电解加工的特点：
现代加工技术概论幻灯片
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精密成形技术
(1)精密铸造技术 重点发展了熔模精密铸造、陶瓷型精
密铸造、金属型铸造、消失模铸造等技术。采用消失模
铸造生产的铸件质量好，铸件壁厚公差达到了±0.15
mm，表面粗糙度Ra为25μm。
(2)精密塑性成形技术 重点发展了精冲技术、超塑成
形技术、冷挤压技术、成形轧制等项技术。如700mm
2
17
零部件制造业发展迅速，“中场产业”崛 起
由于经济不景气的长期化、传统产业趋向成 熟和制造成本大幅度上升，日本一直保持竞 争优势的装配产业已经衰退，以装配产业为 龙头的产业体系已经开始出现问题。
在装配产业停滞不前的同时，生产中间产品 的部门却在持续发展，如汽车和家电行业， 虽然装配性企业发展缓慢，出现衰退，但是 汽车零部件制造企业却发展迅速，尤其是那 些制造高功能零件和中间材料的企业发展惊 人。
十 2 研 新一代制造装备技术基础—六腿机床、
四
讨 超高速机床、机器人
七 2 讲 先进制造工艺—超精密加工方法和设备 授
十2 五
机动
八 2 研 先进制造工艺—超精密加工方法和设备 讨
十2 六
考核
2
2
部分制造业
半导体、计算机硬件、软件和通讯设备业 家用电器业 汽车产业 金属材料工业 工业自动化设备与工业机械制造业 化学工业 纺织服装业 飞机制造业
2
21
重视生产技术的开发和应用
国际上大公司的信条是关键工艺技术一 定要掌握在自己手里，要具有特色和不可 替代性。世界各大公司都有很强的生产技 术开发力量，从事本公司需要的关键工艺、 重要生产设备、自动线的开发。如美国通 用汽车公司“北美制造中心”的机器人实 验室正在从事机器人在车身焊接、喷涂、 运输、机械加工、装配等生产过程中的应 用研究。