现代加工技术-04电化学加工111页PPT

2011-3-3
电解加工示意图
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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。
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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。
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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

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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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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
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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
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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
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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；

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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

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。

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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，

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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：

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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
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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
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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
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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。