电化学加工

电化学加工（ECM）利用电化学反应（或电化学腐蚀）来加工金属材料。

与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度和韧性的限制，在工业生产中得到了广泛的应用。

常见的电化学加工包括电化学加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电蚀和电解熔炼。

介绍电化学加工是非传统加工的一个重要分支。

它已经成为一种成熟的非传统加工技术，在许多领域得到了广泛的应用。

在电化学处理中，采用硅整流稳压电源。

过去采用全波整流代替半波整流。

纹波控制在5%以内，不仅提高了加工速度，而且限制了间隙中的电弧，防止了灰尘沉积在阴极上。

在电压调节方面，采用饱和电感和晶闸管两种调压方式。

前者更适合当前的电化学加工水平。

电源规格分为三个等级：小电源，电流50-500A，用于加工中小型阴极孔、去毛刺、抛光、电解车削；中型电源，电流1000-5000A，用于加工中、大孔、型腔（50-150cm2）；使用大功率电流电源10000-40000A，加工面积在200-1000cm2或以上的大型零件。

常用的电压范围是12-20伏。

铜和硬质合金需要特殊的电解电源。

原因是这些材料晶格中的一些原子不易电离，而晶格中的其他原子易受腐蚀。

例如，碳化钨晶格中的碳原子在正电位条件下不能被加工，必须有负电位（即电源电流有负半波）；加工铜锌合金的电源不仅要有负半波，而且要有负半波，正半波和负半波的间隔和排列也有一定的要求。

使用专用电源还可以解决相对惰性离子在间隙中积累的问题，从而改变间隙电阻和电场分布，从而有效提高加工精度。

由于在电化学加工过程中间隙短路，电源系统通常具有良好的短路保护功能，因此在发生火花和短路时不会损坏阴极和工件。

国内形势自20世纪50年代以来，电化学加工广泛应用于航空发动机叶片、圆柱形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀板等异形零件的加工。

近年来，一些高重复性电解液和混合气体电化学加工技术大大提高了电化学加工的成形精度，简化了刀具阴极的设计，促进了电化学加工技术的进一步发展。

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。

电化学加工（ECM）使用电化学反应（或电化学腐蚀）来处理金属材料。

与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度和韧性的限制，已广泛用于工业生产中。

常见的电化学加工包括电化学加工，电研磨，电化学抛光，电镀，电蚀刻和电解熔炼。

简单的介绍电化学加工（ECM）是非传统加工的重要分支。

它已成为一种成熟的非传统加工技术，并广泛应用于许多领域。

在电化学加工中，使用硅整流稳压电源，并且过去使用全波整流代替半波整流。

纹波可保持在5％之内，这不仅提高了处理速度，而且还限制了间隙中的电弧并防止灰尘沉积在阴极上。

在电压调节方面，使用两种电压调节方法：饱和电感器和晶闸管。

前者更适合当前水平的电化学加工。

电源规格分为三个等级：电流为50-500 a的小型电源，用于加工中小型阴极的小孔，去毛刺，抛光和电解车削；中等电源，电流为1000-5000 a，用于处理中等大小的孔和腔（50-150 cm2）；电流为10000-40000 a的大型电源用于处理面积为2 00-1000 cm2或更大的大型零件。

常用的电压范围是12-20伏。

硬质合金，钨，铜和铜锌合金的电化学加工需要特殊的电源。

原因是这些材料的晶格中的某些原子不容易被离子化，而晶格中的其他原子则受到很多腐蚀。

例如，碳化钨晶格中的碳原子不能在正电势的条件下进行处理，而必须具有负电势（即电源电流具有负半波）；加工铜锌合金的电源不仅要有负半波，而且还要对电流波形，正半波和负半波的间隔和排列有一定的要求。

使用专用电源还可以解决间隙中一些相对惰性离子的积累问题，从而改变间隙电阻和电场的分布，从而有效地提高了加工精度。

由于电化学加工过程中间隙的短路，电源系统通常具有良好的短路保护功能，因此在发生火花和短路时不会损坏阴极和工件。

国内情况自1950年代以来，电化学加工（ECM）已广泛用于航空发动机叶片，圆柱零件，花键孔，内齿轮，模具，阀板和其他异形零件的加工。

近年来，一些具有较高重复精度的电解质和混合气体电化学加工（ECM）极大地提高了ECM的成形精度，简化了工具阴极的设计，并推动了ECM技术的进一步发展。

电化学加工电化学加工包括两大类：去除金属的电解加工向工件上沉积金属的电镀第一节电化学加工原理及分类一、电化学加工的基本原理：（一）电化学加工过程以两片铜接上约10V的直流电源并插入CuCl2的水溶液为例。

如图所示：在金属片和溶液的界面上有交换电子的反应，即电化学反应电荷迁移：溶液中正负离子的定向移动金属正离子（铜离子）在阴极上得到电子发生还原反应，沉积出铜在阳极表面金属原子（铜原子）失掉电子而变成铜正离子进入溶液（溶解）在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应称之为电化学反应。

利用这种电化学作用对金属进行加工的方法即电化学加工与这一反应过程密切相关的基本概念有：电解质溶液、电极电位、电极的极化、钝化、活化。

（二）电解质溶液电解质：凡溶于水能导电的物质如盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化氨(NH4OH)、食盐(NaCl)、硝酸钠(NaNO4)、氯酸钠（NaClO3）等酸、碱、盐都是电解质。

电解液：电解质与水形成的溶液电解质分为强电解质：在水中能100%电离。

强酸、强碱及大多数盐类都是强电解质弱电解质：在水中只有小部分电离成离子，大部分仍以分子状态存在比如水、氨、醋酸等由于电解质溶液中的正负离子的电荷数是相等的，所以溶液仍保持电的中性。

（三）电极电位当金属和它的盐溶液相接触时，即使在没有外接电源的情况下，也会发生金属与它的盐溶液之间的电子交换，从而产生金属溶解和电解质溶液中的金属离子返回金属表面的双向过程。

最终这两个相反过程达到动态平衡。

对化学性能比较活泼的金属（如铁）其表面带负电，溶液带正电，形成一层极薄的双电层如图4-2、4-4所示。

活泼金属和不活泼金属双电层的区别。

金属的电极电位：由于双电层的存在，在正负电层之间，也就是金属与电解溶液之间形成电位差。

这个电位差称为金属的电极电位。

因为它是金属在本身盐溶液中的溶解和沉积相平衡时的电位差，所以又称为平衡电极电位。

注意：（1）金属的电极电位到目前为止还不能直接测量。

3.电化学加工分类与应用3.1电化学加工按其作用原理可分为三大类第一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。

第二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。

第三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)。

3.2电化学加工应用3.2.1 型腔加工用于尺寸较大、形状复杂的型腔加工，生产率高，表面质量好，但加工精度不太高。

多用于锻模型腔加工，精度控制在±0.1～0.2mm。

也采用端面进给法。

阴极设计制造是关键。

用成型精度高的电解液或混气加工时，阴极设计较易。

为使流场均匀，阴极对应处加开增液孔。

3.2.2 型孔加工用于形状复杂、尺寸较小的异形通孔和盲孔的零件加工。

型孔的加工一般采用端面进给法，为避免锥度，阴极侧面要绝缘。

3.2.3深孔扩孔加工深孔扩孔加工按阴极的运动形式，可分为固定式和移动式两种。

固定式即工件和阴极之间无相对运功，其优点是：设备简单，操作方便，加工效率高。

但阴极较工件长，所需电源功率较大，同时电解液在进出口处的温度、电解产物不同，容易引起粗糙度和尺寸精度不均匀现象。

如图3.2.3所示图3.2.3 固定式阴极深孔扩孔原理图1-电解液入口 2-绝缘定位套 3-工件 4-工具阴极5-密封垫 6-电解液出口移动式即工件和阴极之间可以相对运功，如图3.2.4图3.2.4 移动式阴极深孔扩孔原理图3.2.4套料加工用于等截面的大面积异型孔或异型零件的加工，采用端面进给加工方式。

零件尺寸精度由阴极片内腔口保证，偶尔短路烧伤时，只需更换阴极片。

3.2.5叶片加工叶片加工适用于叶片型面复杂，精度要求较高，加工批量大的情况，电解加工效果好。

加工方式有单面加工和双面加工。

机床有立式和卧式两种。

多用NaCl电解液混气加工。

电解加工整体叶轮已普遍应用，直接在轮坯上套料加工叶片（等截面），叶轮强度高，质量好，加工周期大大缩短。