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1、第四章 电化学加工第一节 电化学加工原理及分类第二节 电解加工第三节 电解磨削第四节 电铸、涂镀及复合镀加工第1页第1页第一节 电化学加工包括从工件上清除金属电解加工和向工件上沉积金属电镀、涂覆、电铸加工两大类第2页第2页1. 原理利用金属在电解液中产生阳极溶解电化学原理对工件进行成形加工一个办法；第3页第3页第4页第4页2、电解质溶液电解质：溶于水能导电介质电解液：电解质溶于水形成溶液第5页第5页3、电极电位金属和盐溶液之间电位差外加电源作用后：电子向阳极移动并被抽走，加速阳极金属正离子溶入电解液而腐蚀电解液中正离子向阴极移动，外电源供应电子加速阴极反应第6页第6页4、电极极化极化：有电流通

2、过时，电极电位平衡状态被破坏，阳极电极电位向正移、阴极电极电位向负移极化后产生超电位第7页第7页5、金属钝化和活化钝化：金属阳极溶解过程超电位升高，电解速度减慢，直至形成稳定状态不溶解钝化形成钝化膜活化：破坏金属钝化膜办法：加入还原性气体或活性离子机械办法破坏钝化膜第8页第8页6.电化学分类第9页第9页第二节电解加工第10页第10页1、过程电解加工（electrochemical machining，ECM）是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而清除工件上多出材料、将零件加工成形一个办法。 一、电解加工过程及其特点第11页第11页1-直流电源 2-工具阴极 3-工件阳极4-电解液泵 5-电解液

3、加工时，工件接电源正极（阳极），按一定形状要求制成工具接负极（阴极），工具电极向工件缓慢进给，并使两极之间保持较小间隙（通常为0.020.7mm），利用电解液泵在间隙中间通以高速（550m/s）流动电解液。在工件与工具之间施加一定电压，阳极工件金属被逐步电解蚀除，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同形状为止。第12页第12页图中细竖线表示经过阳极（工件）和阴极（工具）间电流。竖线疏密程度表示电流密度大小加工开始时，工件阳极与工具阴极形状不同，工件表面上各点至工具表面距离不等，因而各点电流密度不等。阳极与阴极距离较近地方经过电流密度较大，电解液流速也较高，阳极溶解速度也就较快

4、，而距离较远地方，电流密度就小，阳极溶解就慢。因为工具相对工件不停进给，工件表面上各点就以不同溶解速度进行溶解，电解产物不停被电解液冲走，直至工件表面形成与工具表面基本相同形状为止。第13页第13页第14页第14页（） 加工范围广 不受材料本身强度、硬度和韧性限制，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削金属材料，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、锻模等各种复杂三维型面，以及薄壁、异形零件等2、电解加工特点第15页第15页（）能以简朴进给运动一次加工出形状复杂型面和型腔，进给速度可快达0.315mm/min。 第16页第16页（）表面质量好 加工中无切削

5、力和切削热作用，因此不产生由此引起变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，能够达到较低表面粗糙度（Ra1.250.2m）和0.1mm左右平均加工精度。电解微细加工钢材精度可达1070m。适合于加工易变形或薄壁零件。第17页第17页（）加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。由于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不锈钢或黄铜等，因此除产生火花短路等特殊情况外，工具阴极基本上没有损耗。第18页第18页（）加工生产率高约为电火花加工510倍以上，在一些情况下比切削加工生产率还高。且加工生产率不直接受加工质量限制，故普通适宜于大批量零件加工。第

6、19页第19页电解加工缺点： 电解加工影响原因多，技术难度高，不易实现稳定加工和确保较高加工精度。 工具电极设计、制造和修正较麻烦，因而很难适合用于单件生产。 电解加工设备投资较高，占地面积较大。 电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物处理和回收困难。第20页第20页二、电解加工时电极反应第21页第21页（一）钢在NaCl水溶液中电解加工电极反应 阳极反应 Fe2e Fe+2Fe3e Fe+34OH-4e O2+2H2O 2CL-2e CL2 Fe+2+2OH- Fe（OH）2 （墨绿色絮状物 ）4Fe（OH）2+2H2O+O2 4Fe（OH）3（黄褐色沉淀） 第22页第22页 阴极反应 按也

7、许性为2H+2e H2Na+e Na 按照电极反应基本原理，电极电位最正粒子将首先在阴极反应。因此，在阴极上只会析出氢气，而不也许沉淀出钠。第23页第23页电解加工过程中，由于水分解消耗，电解液浓度逐步变大，而电解液中Cl-和Na+仅起导电作用，本身并不消耗，因此对于NaCl电解液，只要过滤洁净，适当添加水分，就可长期使用。工具也可长期使用。 第24页第24页三、电解液作用：导电介质在电场作用下发生电化学反应冲走电解产物、带走热量第25页第25页（一）对电解液要求1、足够蚀除速度2、较高加工精度和表面质量3、阳极反应最后产物为不溶性化合物4、绿色环境保护第26页第26页（二）惯用电解液电解液可

8、分：中性盐溶液腐蚀性小，使用时较安全，应用最普遍最惯用有NaCl：使用广泛、加工廉价、货源充足、复制精度差NaNO3：钝化型电解液，成形精度高、腐蚀性小、安全、价格廉价、电流效率低、生产效率低，有消耗NaClO3：加工精度高、生产效率高、价格昂贵、强氧化剂酸性溶液碱性溶液第27页第27页电解液添加剂：络和物、光亮剂：改进表面质量NaF：改进表面粗糙度缓蚀添加剂：减少腐蚀性第28页第28页（三）电解液参数对加工过程影响第29页第29页（四）电解液流速及流向流速、流向第30页第30页（五）电解液出水口布局第31页第31页四、电解加工基本工艺规律第32页第32页(一)生产率及其影响原因（）电化学当量

9、对生产率影响 电化学当量愈大，生产率愈高。实际电蚀量为第33页第33页（）电流密度对生产率影响 电流密度越高，生产率越高，但在增长电流密度同时，电压也伴随增高，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。第34页第34页（）加工间隙对生产率影响 加工间隙越小，电解液电阻越小，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流速和压力。第35页第35页(二)、精度成型规律另外电源电压、电解液种类、工件材料化学成份和组织结构都对生产率有影响。第36页第36页不但与加工间隙相

10、关，还与机床、工艺装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多原因相关。 第37页第37页(二)、精度成型规律1.端面平衡间隙第38页第38页(二)、精度成型规律2.法向平衡间隙工具端面与进给方向不一定垂直第39页第39页(二)、精度成型规律3.侧面间隙阴极侧面不绝缘时工件侧壁处于被加工状态，形成喇叭口阴极侧壁可绝缘第40页第40页(二)、精度成型规律4.平衡间隙理论应用1）计算电极间隙，依据电极推算加工后工件形状2）设计电极时计算阴极尺寸3）选择加工参数（电极间隙、电源电压、进给速度等）第41页第41页三表面质量及其影响原因（）工件材料合金成份、金相组织和热处理状态 （）工艺参数 ：电流密度、电解液

11、流速大小和温度高下（）工具阴极表面质量 （4）工件表面必须除油去锈（5）电解液必须通过滤沉淀，不含固体颗粒杂质。第42页第42页（三）、表面质量Ra1.250.16表面不存在塑性变形、残余应力、冷作硬化、烧伤退火层也许出现晶间腐蚀、流纹、麻点、工件表面黑膜，直至烧伤第43页第43页五、提升加工精度主要办法（）脉冲电流电解加工 （）小间隙电解加工 （）改进电解液 （）混气电解加工第44页第44页（）脉冲电流电解加工 第45页第45页（）小间隙电解加工 第46页第46页（）改进电解液 第47页第47页（）混气电解加工第48页第48页六、电解加工设备三大部分:直流电源机床工具工件及电解液第49页第4

12、9页（一）直流电源硅整流、晶闸管无级调压：扼流式饱和电控器调压自饱和电控器调压晶闸管第50页第50页（二）机床与普通金属切削机床区别：刚性进给速度稳定性安全与防腐第51页第51页（三）电解液循环系统第52页第52页4.电解液作用：1）.导电介质 2）.发生电化学反应 3）.带走热量及电化学产物要求：1）溶解度、离解度、导电率高 2）金属阳离子不在阴极上产生放电反应沉积到阴极上3）阳极反应产物是不溶性化合物，便于清理（小孔时要求为可溶性化合物）4）低粘度、高比热容、化学稳定性好、无腐蚀和毒性第53页第53页近年来电解加工工艺应用研究有很大发展，除了在加工各种炮膛膛线外，在花键孔、深孔、内齿轮、链

13、轮、叶片、异形零件及模具等方面取得广泛应用。由于机床费用较高，普通在加工难加工材料、型面复杂、批量大零件时选取，而单件小批生产多采用电火花加工四、电解加工应用 型腔加工 电火花加工生产率较低，因此对精度要求不太高矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模，正逐步采用电解加工。 电解整体叶轮 叶身形面形状复杂，精度要求高，加工量大，用电解加工，比机械加工工期短、效率高，质量好。 电解去毛刺 代替老式钳工操作，提升工效，节约费用。 电解加工还应用于深孔扩孔加工、形孔加工以及抛光等工艺过程中。 第54页第54页第55页第55页1. 深孔扩孔加工深径比不小于5深孔，用老式切削加工办法加工，刀具磨损严重，表面质量

14、差，加工效率低。当前采用电解加工办法加工4mm、1008000mm深孔，加工精度高，表面粗糙度低，生产率高。电解加工深孔，按工具阴极运动方式可分为固定式和移动式两种。第56页第56页第57页第57页1.深小孔加工加工深小孔有两种办法，即普通电解加工和电子束加工。第58页第58页2. 型孔加工对一些形状复杂、尺寸较小四方、六方、椭圆、半圆等形状通孔和不通孔，机械加工很困难，可采用电解加工。第59页第59页3型腔加工对模具消耗较大、精度要求不太高矿山机械、农机、拖拉机等所需锻模已逐步采用电解加工。比电火花加工效率高第60页第60页4.套料加工用套料加工办法能够加工等截面大面积异形孔或用于等截面薄形

15、零件下料 第61页第61页套料阴极工具1阴极片；2阴极体异形零件 第62页第62页5、叶片加工涡轮发动机、增压器、汽轮机等叶片，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，加工周期长采用电解加工则不受叶片材料硬度和韧性限制，在一次行程中就可加工出复杂叶身型面，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。第63页第63页第64页第64页6电解倒棱去毛刺机械加工中去毛刺工作量很大，尤其是清除硬而韧金属毛刺，需要诸多人力，电解倒棱去毛刺能够大大提升工效。第65页第65页7.电解刻字在各种金属上打好打印标识，如不锈钢，碳钢，各种合金钢，工具钢，硬质合金

16、，铝合金，各种镀铬，镀镍，镀锌材料，各种磨削，抛光金属表面等。适合用于打印商标，产品名称，技术指标，厂商名称，其长处是正规，清楚，耐久，不变色，不脱落，耐高温，不怕在机溶剂洗。无论产品大小，平面，弧面，薄片都能打印。打印精细，深度在5100UM，操作简便，只需几秒就可完毕，无需烘干固化第66页第66页8.电解抛光利用金属表面微观凸点在特定电解液中和适当电流密度下首先发生阳极溶解原理进行拋光一个电解加工又称电拋光英文简称ECP 第67页第67页9.数控展成电解加工第68页第68页第69页第69页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复合加工。 第三节 电解磨削第70页第70页1

17、.复合电解磨削基本原理复合电解磨削所用阴极工具是含有磨粒导电砂轮。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作用。第71页第71页导电砂轮1与直流电源阴极相联，被加工工件2（硬质合金车刀）接阳极，它在一定压力下与导电砂轮相接触，加工区域中送入电解液3，在电解和机械磨削双重作用下，车刀后刀面不久被磨光。 电解磨削原理图 第72页第72页电流从工件3通过电解液5而流向磨轮，形成通路，于是工件（阳极）表面金属在电流和电解液作用下发生电解作用（电化学腐蚀），被氧化成为一层极薄氧化物或氢氧化物薄膜4（阳极薄膜）。但阳极薄膜快速被导电砂轮中磨粒刮除，在阳

18、极工件上又露出新金属表面并被继续电解。这样电解作用和刮除薄膜磨削作用交替运营，工件被连续加工，直至达到一定尺寸精度和表面粗糙度。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 第73页第73页第74页第74页第75页第75页2.复合电解磨削特点 a加工范围广、加工效率高 由于电解作用和工程材料机械性能关系不大，因此，只要选择适当电解液就能够用来加工任何高硬度、高韧性金属材料。加工硬质合金时，与普通金刚石砂轮磨削相比，电解磨削加工效率要高35倍。第76页第76页b提升工件加工精度和表面质量高 由于砂轮只起刮除阳极薄膜作用，磨削力和磨削热都很小，不会产生磨削裂纹

19、和烧伤现象，因而能提升加工表面质量和加工精度，普通表面粗糙度可优于Ra0.16m。第77页第77页c砂轮磨损量小 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46倍，电解磨削时仅为硬质合金切除量50%100%；与普通金刚石砂轮磨削相比，电解磨削砂轮损耗速度仅为它们1/51/10，可明显减少成本。采用电解磨削加工不但比单纯用金刚石砂轮磨削时效率提升23倍，并且大大节约金刚石砂轮，一个金刚石导电砂轮可用56年。第78页第78页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含有一定硬度和粘度阳极钝化膜，由此电解液中不能含有活化能力很强活性离子（如Cl-离子），普通使用腐蚀能力

20、较弱NaNO3、NaNO2等为主电解液，以提升电解成形精度和有助于机床、工具防锈、防蚀。第79页第79页3. 复合电解磨削应用电解磨削由于集中了电解加工和机械磨削长处，生产中经惯用来磨削一些高硬度材料零件。如：各种硬质合金刀具、量具，挤压拉丝模，轧辊等，普通磨削难以加工小孔、深孔、薄壁筒、细长杆件等。第80页第80页电化学磨削应用1、硬质合金刀具磨削2、硬质合金轧辊磨削3、电解珩磨4、电解研磨第81页第81页第四节 电铸、涂镀、复合镀一、电铸加工原理第82页第82页第83页第83页二、电铸特点及应用1、尺寸精度高，电铸件与原模尺寸误差仅几微米。 2、准确复制微细复杂和一些难于用其它办法加工特殊

21、形状工件比如制作纸币和邮票印刷版唱片压模铅字字模金属艺术品复制件反射镜表面粗糙度样块微孔滤网表盘电火花成型加工用电极高精度金刚石磨轮基体等3、原模材料有石膏蜡塑料低熔点合金不锈钢和铝等。第84页第84页二、电铸特点4、原模普通采用浇注切削或雕刻等办法制作对于精密细小网孔或复杂图案可采用照相制版技术。5、非金属材料原模须经导电化处理办法有涂敷导电粉化学镀膜和真空镀膜等。 6、对于金属材料原模先在表面上形成氧化膜或涂以石墨粉以便于剥离电铸层。7、主要缺点是效率低普通每小时电铸金属层厚度为0.020.05毫米。第85页第85页电铸制品1、制造复制品：包括原版录音片及其压模、印模、粗糙度原则片、美术工

22、艺品、建筑五金、佛具等金属五金类。2、制造模具：包括塑料成形模具、冲压模具、镍-钴-钨硬质合金电铸模具、印刷用字母等。3、金属箔与金属网制造：印刷线路板用铜箔，各种金属网、平板或旋转过滤网（印染、电器及电子零件用）、特殊刀片等。4、其它：用于制造电火花加工电极、防涂装遮蔽板、金刚石锉刀、钻头、波导管，贮藏液态氢球型真空容器，熔融盐电解制造钨等耐热金属透平叶片，从非水溶液制造铝太阳能集热板等。第86页第86页三、电铸设备电铸槽直流电源(普通是12伏几百至几千安) 电铸溶液恒温搅拌循环和过滤等装置电铸溶液采用含有电铸金属离子硫酸盐氨基磺酸盐氟硼酸盐和氯化物等水溶液。 第87页第87页四、电铸应用1

23、、光盘制作2、电动剃须刀第88页第88页光 盘 生 产 CD-ROM复制能够简朴地分为五个环节： （1）预制主片； （2）制主片； （3）电铸； （4）复制； （5）印刷和包装。 第89页第89页光 盘 生 产1.预制主片 （1）预制： 将CD-ROM节目的程序和数据，利用预制作软件，在硬 盘上按CD-ROM ISO9660格式模拟生成映像文献。 该映像文献模拟真实CD-R盘文献和目录结构。（2）优化、测试： 用CD-R制作软件，存取CD-ROM映像文献，同存取 CD-ROM盘片上同样。对CD-ROM程序和数据进行测 试和优化，使最频繁存取文献放在“盘片”最前端。 （3）刻录： 将生成好CD-

24、ROM映像文献，利用刻录软件刻录到 CD-R盘片上去。第90页第90页光 盘 生 产2.制主片 将通过处理后CD-R盘上数据，统计在玻璃盘上过程。 最惯用是感光性树脂系统。这种办法是将感光性树脂用于一个经特殊处理玻璃基片上，以制出一个玻璃主片。 感光性树脂通常都是由一个旋转涂膜系统以大约18微米比人头发细640倍厚度涂上去。在一个螺旋形轨道上，激光束统计仪使部位感光性树脂在蓝光下曝光，这样就生成了光盘详细内容。 玻璃母盘用化学显像药水来进行显影。感光性树脂上曝光部分被腐蚀掉以后，就在抗蚀性表面上形成了微小凹点。通过显影之后，在感光性树脂表面蒸敷上一层金属膜（通常是银），以便其后玻璃主片电铸时有

25、一个导电表面。 第91页第91页光 盘 生 产3.电铸 电铸最后目的是产生用于复制CD金属模子(子盘)。 在制作玻璃主片这一过程中，由于有一层银膜而导电主片，浸浴在含有镍离子电解质溶液里。使其通电后，带有光盘映像玻璃主片上曝光区域不断吸引镍离子。镍层不断加厚，并与曝光后感光树脂表面上腐蚀出凹点和台面（凹点之间部分）轮廓一致。 最后形成一厚且坚固镍片，其金属表面上留下与光盘完全相反印膜。这一金属片称为金属主片或“父片”（Father）。它将被用于生成另外两个金属片，分别称为“母片”（Mother）和“模片”（Stamper）（子盘）。母片是由父片而来，而模片（子盘）是由母片而来，每一片是另外一片

26、相反呈像。模片（子盘）是金属主片完全复制品，也是这一生产阶段最后产品。 通过金属模片（子盘）将进行塑料CD复制品大规模生产。 第92页第92页光 盘 生 产4.复制 生产CD-ROM成品第一步，是将数据从模片上转移到塑料基片上。 一个高精度注塑模具将光学等级塑料所制成融化树脂注入模具空腔。模具一面是模片。 这一过程只需要几秒钟，其产品是一个其中一面印有点轮廓清楚塑料盘。 其后塑料盘载有数据一面要镀上一层极薄纯铝，这是为了形成一个读出盘上数据所必须反光表面。典型给盘镀金属办法是溅镀（Sputtering）。 生产最后一步是在铝表面再加上一层坚固漆膜。这一层漆保护铝膜不会被划伤，不会氧化，并可作为

27、标签印刷工作表面。 第93页第93页光 盘 生 产5.印刷和包装 丝网印刷是最常使用办法。它是将图片转换为一张有孔网，墨通过网附着在盘上。这一过程与蜡纸印刷相同。胶版印刷使用墨滚及印刷台转换图片。这一办法在老式商业印刷中使用广泛，现在也用于光盘商标印刷。胶版印刷进行图片翻版时能够取得更高质量分辨率，它优于丝网印刷地方是能够印刷增强四色图片及其它复杂图形。 印刷之后，光盘或是自动或手工进行包装。塑料盒子是CD-ROM使用最多、最普遍包装办法。 其它被普遍使用包装办法： （1）轻型包装 （2）透明塑料套 （3）有益环境保护纸板质地盒子第94页第94页光 盘 生 产 价 钱对于制作500张以上业务使用光盘生产线： 张 数 1000 3000 4000 5000 10000 0 单 价 3.80 2.90 2.60 2.45 2.25 1.95 1.85 光盘原料乙烯价格受原油价格影响较大 第95页第95页电动剃须刀网