电化学及其他特种加工技术

发布时间:2021-06-14 07:45:35

其他特种加工技术 7.1 电化学加工技术 7.1.1 电化学加工的原理与特点 1. 电化学加工的原理 图7-1所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸 在导电溶液,例如氯化铜(CuCl2)的水溶液中,此时水(H2O) 离解为氢氧根负离子OH-和氢正离子H+,CuCl2离解为两 个氯负离子2Cl-和二价铜正离子Cu2+。当两个铜片接上直 流电形成导电通路时,导线和溶液中均有电流流过,在金 属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应,即电化 学反应。溶液中的离子将作定向移动,Cu2+正离子移向阴 极,在阴极上得到电子而进行还原反应,沉积出铜。 其他特种加工技术 在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进 入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。 在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化 学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图 7-1中阳极上为电解蚀除,阴极上为电镀沉积,常用以 提炼纯铜)的方法即电化学加工。 其他特种加工技术 1 i e e i 2 2+ Cu + H - Cl - OH 1— 阳 极 ; 2— 阴 极 图7-1 电解(电镀)液中的电化学反应 其他特种加工技术 2. 电化学加工的分类 电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ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Ⅱ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 Ⅲ 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)。电化学加工的类别如表7-1所示。 本节主要介绍电解加工、电铸成型、电解磨削,其它的电 化学加工请参考相关资料。 其他特种加工技术 表7-1 电化学加工分类 类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 加工方法及原理 电解加工(阳极溶解) 电化学抛光(阳极溶解) 电镀(阴极沉积) 电铸(阴极沉积) 电极磨削(阳极溶解、机械磨削) 电解放电加工(阳极溶解、电火花蚀除) 应 用 用于形状尺寸加工 用于表面加工 用于表面加工 用于形状尺寸加工 用于形状尺寸加工 用于形状尺寸加工 其他特种加工技术 3. 电化学加工的适用范围 电化学加工的适用范围,因电解和电镀两大类工艺的 不同而不同。 电解加工可以加工复杂成型模具和零件,例如汽车、 拖拉机连杆等各种型腔锻模,航空、航天发动机的扭曲叶 片,汽轮机定子、转子的扭曲叶片,炮筒内管的螺旋“膛 线” ( 来复线 ) ,齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、 抛光等。 电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。 其他特种加工技术 7.1.2 电解加工 1.电解加工的原理及特点 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。如图7-2所示,在工件(阳极)与工具(阴极) 之间接上直流电源,使工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,阳极金属去除速度快;而间隙大处电流 密度小,去除速度慢。 其他特种加工技术 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 表面也就逐渐被加工成接*于工具电极的形状,如此下去 直至将工具的形状复制到工件上。 1 A V - + 4 5 2 3 1 —直 流 电 源 ; 2 —工 具 电 极 ; 3 —工 件 阳 极 ; 4 —电 解 液 泵 ; 5 —电 解 液 图7-2 电解加工原理图 其他特种加工技术 2) 特点 电解加工与其他加工方法相比较,它具有下列特点: (1) 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,电解加工不产生残余应力和变质层, 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。 其他特种加工技术 (4) 阴极工具在理论上不损耗,基本上可长期使用。 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0.15~0.30 mm。此外,电解液 对设备有腐蚀作用,电解液的处理也较困难。 2. 电解加工设备 电解加工的基本设备包括直流电源、机床及电解液系 统三大部分。 1) 直流电源 电解加工常用的直流电源为硅整流电源和晶闸管整流 电源,其主要特点及应用见表7-2。 其他特种加工技术 表7-2 直流电源的特点及应用 分 类 特 1.可靠性、稳定性好; 2.调节灵敏度较低; 3.稳压精度不高 1.灵敏度高,稳压精度高; 2.效率高,节省金属材料; 3.稳定性、可靠性较差 点 应用场合 国内生产现场占一定比例 硅整流电源 晶闸管电源 国外生产中普遍采用,也占 相当比例 其他特种加工技术 2) 机床 电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具, 并实现其相对运动,传送电和电解液。电解加工过程中虽 没有机械切削力,但电解液对机床主轴和工作台的作用力 是很大的,因此要求机床要有足够的刚性;要保证进给系 统的稳定性,如果进给速度不稳定,阴极相对工件的各个 截面的电解时间就不同,影响加工精度;电解加工机床经 常与具有腐蚀性的工作液接触,因此机床要有好的防腐措 施和安全措施。 其他特种加工技术 3) 电解液系统 在电解加工过程中,电解液不仅作为导电介质传递电 流,而且在电场的作用下进行化学反应,使阳极溶解能顺 利而有效地进行,这一点与电火花加工的工作液的作用是 不同的。同时电解液也担负着及时把加工间隙内产生的电 解产物和热量带走的任务,起到更新和冷却的作用。 电解液可分为中性盐溶液、

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