模具制造工艺5

第5章

其他特种加工5.1电化学加工电化学加工（ElectrochemicalMachining/ECM）基本理论形成于19世纪末，工业规模应用在20世纪30~50年代以后1958年，第一台电解机床在美国Anocut公司面世；1962年，日本Japax公司也生产出电解机床；……；1960年代（又说1958），中国在火炮膛线、航空叶片等加工中有应用两大类：（1）去除：从工件上去除金属的电解加工；（2）沉积：向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工5.1.1电化学加工的基本原理1.电化学腐蚀铝锅盛放盐、醋、酱油等食品会被腐蚀穿孔，钢铁等在潮湿的地方会生锈，……，这种现象就是电化学腐蚀，而纯铝、铁并不发生这种明显腐蚀当金属中含有其他合金元素或杂质，与能导电的电解液接触后形成了原电池（微电池），并局部放电，产生了电化学腐蚀的结果。电化学阳极溶解（图）多年来，人们一直在努力防止或减少这种有害的电化学腐蚀现象。当人们掌握了其规律之后，可以因势利导，变有害为有利。第一类导体：金属，靠自由电子在外电场作用下按一定方向移动，称为电子导体；第二类导体：电解液，靠溶液中的正、负离子移动，离子导体。二者之间交换电子，就是电化学反应。2.电解质溶液酸、碱、盐溶液

百分数表示浓度

克分子浓度

pH值温度↑，导电能力↑；浓度（不能过高）↑，导电能力↑电解液的离解反应（均可逆）

H2O=H++OH－

NaCl=Na++Cl－3.电极电位金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。活泼金属不活泼金属4.电极反应通电后阳极的主要反应：Fe－2e→Fe++Fe+++2OH－→Fe(OH)2↓

（氢氧化亚铁，墨绿色絮状物）4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓

（氢氧化铁，黄褐色）阴极的主要反应：2H++2e→H2↑电解液中的水不断被消耗。5.极化与钝化1）电极的极化通电浓差极化：离子扩散、迁移步骤缓慢电化学极化：电化学反应缓慢2）金属的钝化氧化物、氢氧化物、盐成相理论

吸附理论活化措施：加热、通反原性气体、活性离子，机械作用5.1.2电解加工5.1.2.1电解加工的基本原理与特点1.基本原理2.电解加工的特点优点加工范围广，与被加工材料的机械性能无关

可加工硬、强、韧材料可拷贝大而复杂的形状，能同时进行三维加工，类似于电火花加工，但无热作用，可加工易变形件、薄件、韧性大的工件生产效率高

为电火花加工的5~10倍（制造需要量较大的模具）粗糙度小（0.125~0.2），无残余应力，无飞边、毛刺工具不损耗局限性1）加工稳定性不易控制，受十余项因素影响，电极设计制造比较费事，需多次试验修正2）加工精度有限

一般为±0.05~±0.2，难于加工很细的窄槽、小孔、棱角3）设备投资大

设备刚性要求高，附属设备多，必须重视防腐4）污染环境

加工产物难于处理，限制使用（要求电极材料电阻小；导热性好；熔点高；一定刚性——耐液压；耐腐蚀；可加工。常用铜、黄铜、不锈钢）可用于加工膛线、花键孔、内齿轮、链轮、叶片、异型零件，模具型孔、型腔、复杂型面、深小孔、套料（？），倒棱去毛刺、抛光、刻印等电解加工与其它工业电化学过程比较有3个特点：1）电极反应速度高，电流密度可达？500~800A/cm2，远远高于一般工业电化学过程，为其数十倍至数百倍；2）电极间距离甚小，一般为0.1~1.0mm；需及时进给（0.4~1.5mm/min）3）电解液流速高（5~60m/s），流量大，以供给反应物，排除阳极溶解产物和大量的焦耳热。5.1.2.2电解加工设备1.机床1）刚性要求好2）进给稳定，3）防腐、绝缘4）安全措施

氢气有爆炸危险类型：立式（C型，框型），

卧式（单面，双面），固定阳极式2.直流辟电源要求突：大功丽率低电贩压（6~鸣24）V，大痕电流高（103~1者04）A，电诱流密致度一晨般为40质~5欢0A纺/c跃m2，甚栗至10吨0A常/c少m2合适惕的容帽量范时围，良好断的稳趴压精猛度可靠触的短拐路保货护、摔火花球保护赵、事砖故保佩护类型伟：硅骆整流番电源泽；晶辉闸管偏整流垮电源异；脉赠冲电兄源（绘过去仅不用罩，现党在用蠢）3.电解朱液循墨环过餐滤系倚统构成裤：泵乌，槽屋，过妄滤器外，管滥，阀专等5.性1.印2.飞3电解愉加工砍的基坛本规宜律1.生产膨率1）金促属的芳电化岩学当丸量法拉量第电贱解定布律m0=k灿Itv0=ω伟It理论哑上不影受电萌解液苗浓度暮、温鼠度、气压力帆、电民极材申料及堂形状祖等因谈素的炭影响角，实窃际上v=闯ηv0=η旅ωI吐tη接近10眯0%，有嗽时大括于10凯0%（晶专间腐疼蚀）2）电霉流密食度i电流肯密度i不能恼过大辞，否爱则，胳将出肯现火型花，帽析出Cl2、O2等，岛温度课上升仗，短演路I=为i邮A体积叹加工革速度va=V钢/t慎=拨ηω洋A漆I3）电井极间祖隙间隙截↓，刚蚀除勺速度敞↑间隙婶过小肺，将结引起民火花将放电变或电株解产笋物（朴特别袭是H2）排绩泄不俯畅，烘降低净蚀除屠速度限或易亦被脏捐物堵腐死而计引起伍短路（4）电绳解液电解疑液的虹作用蒜：a）传炮递电狸流b）进录行电伤化学拴反应嗓（在窑电场蔑作用繁下）呀，使环阳极黎溶解罗能顺纷利而竟有控毯制地控进行c）更行新、投冷却及时女地把倦加工欺间隙究内产椒生的播电解享产物晨及热貌量带交走压力0.宣49尤~1市.9执6M傻Pa；速绩度？75框m/屋s匙5砍~6霞0盐m/狼s对电廊解液清的基斜本要赤求：具有吧足够绸的蚀寻除速烦度高导潜电率具有尸较高喜的加那工精运度和酷表面恩质量分散禁能力方低阳极存反应课的最玻终产奏物应寄是不朱溶性洋物质不含渠能在律阴极赠上沉袍积的妈离子性能叫稳定操作灿安全汗，无糕毒腐蚀些性小价廉常用槽电解瞒液（乱此3种为抱中性缺，还掌有酸激性或秀碱性斤电解摘液）宅：a）Na落Cl珠14点~1盘8%，25滨~3听5℃b）Na睛NO3散蚀医能力个小得同多，咽腐蚀深作用斑小，抖安全缺点染：电熔流效皱率低策，生耐产率渴低，瘦有氨慎气析数出，Na唐NO3会消宪耗，孕价格蕉为Na语Cl的2倍c）Na较Cl敢O3（氯道酸钠懂）导电于能力推强，笑生产搞率与Na闻Cl相近梨，腐饮蚀作钩用小般，缺点彻：价列格为Na倘Cl的5倍，捏要注销意防歉火表5.姨1常用辱电解仙液的爹特点奶比较NaClNaNO3NaClO3加工速度高低较高加工精度较低较高较高表面质量加工铁基合金和镍基锻造合金光洁度较高加工有色金属合金光洁度较高加工铁合金光洁度较高腐蚀性大较小/高浓度下较小/高浓度下成本低较低高安全性安全，无毒助燃（氧化剂）助燃/强氧化剂适用范围广。精度要求不很高的铁基合金、镍基合金等有色金属及精度要求较高的铁基合金、镍基合金铁基合金、黄铜，扩孔、去毛刺等损耗无有（析出氨气）表5.辟2常见鸭金属掀材料决电解冬加工洪使用倚的电点解液钢与铁基合金NaCl5%~20%50~/LNaNO320%~30%100~/LNaClO3100~/L镍与镍基合金NaCl50~/LNaNO3100~/LNaClO3100~/L钛和钛合金NaCl50~/LNaClO3100~/LNaCl（/L）+NaBr（/L）+NaF（/L）铝与铝合金NaNO310%~20%100~/L铜与铜合金NaNO320%~30%NaNO3（20%~35%）+NaCl（3%~5%）钨与硬质合金NaOH40~/LNaOH（8%~16%）+NaCl（2%）+酒石酸（8%~16%）+CrO3（0.2%~0.5%）添加唉剂电解步加工酸的电消压：10墙~2的0V进给受速度项：等受截面汽穿孔忙加工2~捐10康mm舱/m施in，变稻截面轰的型潮面、均型腔0.上5~邪5m描m/原mi雷n电解永液的纽奉流动肺方式妹：平彩行流客动（乞正、纱反、侍侧）罩，径夫向流妻动（服正、兔反）2.加工料精度平衡粉间隙工件致蚀除慰速度=阴极擦进给查速度一般救为0.脸12盆~0判.8椅m兽m，最盖好为0.厌25亩~0这.3浴m诊m3.表面姥质量粗糙口度，很表面丘层物支理化疯学性疮质表面掘缺陷塘有：立流纹霉，烧伞伤，读晶界篇腐蚀影响油因素凶：工艺蹈参数电流闸密度i，电雹解液柏流速例（快昆、慢训），第温度沿（高君、低糠）工件豪材料合金鄙成分然，金纵相组糕织，乖热处费理状犁态阴极星的表撑面质报量5.损1.估2.怎4提高怀电解王加工屋精度淡的途粥径1.混气饰加工1）增千加了梦电解语液的惯电阻练率，绪减少枯了杂马散腐姐蚀2）改虹变电璃解液夫的流显动特叮性2.小间敞隙电符解加线工3.脉冲伪电流毒电解爪加工电解凯产物多将有锈足够替的时发间排大除，愿使加公工区垃的电柿解液裳迅速堤更新脉，从稿而改旁善流督场，净提高饭加工拨稳定腔性4.改进拥电解勒液5.渴1.粗2.逮5电解秃加工讲工艺剖及应疏用1.型腔姨加工增液棕孔2.拉丝犯模扩耳孔3.电化径学抛既光特别晶适合底于复晨杂表括面和蛛内表狮面5.拒1.擦3电解控磨削5.遗1.湖3.矛1基本倡原理争（图她）阳极表溶解+机械览磨削（扒亚去氧架化膜游）5.仔1.教3.增2电解敢磨削衣的特根点1）与恳机械劲磨削转比，朱加工该范围渗广，撇生产候效率扎高2）与施电解非加工误比，带加工道精度奏高，壳表面止质量旗好3）砂举轮损论耗小缺点窗：磨从刃口冒不易牌锋利导，需闪防锈5.私1.孝3.共3电解苦磨削柔在模腔具加疏工中厌的应就用1）磨点削难顷加工案的材雕料2）减涛少粗垫加工3）提丧高加肝工效弹率4）抛掩光电解亩抛光肌工场5.肤1.腥4电铸抬成形电铸离加工奇的特侄点可摇概括荣为“微、代脆、卡慢”1）能匆准确唯、精宴密地眨复制蛛复杂证型面积和细内微纹缺路。肾做皮饿纹2）能俊获得备尺寸晌精度摸高、苏表面百粗糙兰度值Ra小于0.赔1微米脊的复奋制品局，用贺同一离原模剃生产订多个炊电铸歇件时墓，形惊状、牵尺寸伏的一殖致性霜好。3）可融把复肿杂零代件的换内表集面复骄制为绵外表压面，忠然后量再电示铸复台制。别反之暑亦然饭，适棉应性悦广。4）金谷属制管品纯谎度高菜。5）加王工速贩度慢缺（0.干02爸~0驶.0扎5m类m/旷h）、赤效率常低。6）能凑获得事的制怒件厚勾度不荒大（4~初8m酬m），拴且不浸够均猎匀，却存在献较大瞎内应卵力，京强度昏不高顶，性忘能较苍脆。电铸裳加工铅的应暑用唱片枣模、妈工艺求美术状品模晌、印役刷版浪（纸钢币、笑证券约、邮吧票等灾）；注塑蓬模、似电火批花成智形电马极；复杂强、高贝精度吃的空稠心薄苏壁件捕（如摇波导渔管）受；表面升粗糙技度标岛准样榴块、脾反光租镜、荣表盘雹、异英型孔银喷嘴这等特壁殊零呈件电铸济工艺记过程（1）第拳一种产品昌图纸以→母棉模设泪计→兴制造渔金属常母模蓝→去穷油、排镀脱钞模层统→电尚沉积原（电君铸）喇→加在固→蛇脱模肾→机沫械加更工→毒成品或产品厚图纸显→母屯模设悦计→野制造塌非金终属母被模→串清洗踏、防嚷水处孟理→跃镀导狭电膜胸→电秀沉积镜（电平铸）累→加培固→异脱模爆→机蕉械加著工→护成品（2）第识二种用于保大量棕生产横或电甚铸电花极产品近图纸征→母昏模设具计→攀制造住标准奸母模虽→反纪制阴秀模→茧再反徐制母哪模→借电铸净前处肢理→堵电沉步积（锁电铸执）→者加固讯→脱幅模→腥机械荣加工炭→成卸品母模按设计开要点滑：形状灵相反闲；需乒考虑腾收缩婆率；有粗糙梅度愈奇小愈婶好；果必要镇时应妙有脱禾模斜造度；浊边缘挥适当怕加大吴（后镰去除慢）；船凹、弹凸不株能相堆差太挎大，鼻尽量网避免策尖角母模矩材料零：金埋属或泽非金境属5.太2化学锡加工利用秃酸、喝碱、断盐等娘化学烤溶液抚与金配属发沉生化蒜学反转应，哑使金概属溶恼解，便改变棋工件稼尺寸俘和形匹状5.绞2.继1化学授蚀刻（化邻铣）（以漏门板逐模具吸制造信为例樱）5.泉2.落2照相陆化学奇腐蚀介加工蚀刻笼工序利用乖相片蚀和电盈脑技叔术制雅成图暗案底驴片(菲林)；将底狐片粘谁贴到闸涂有激光阻栋介质世涂层断且干形净的咱工件岸表面腿；将工匹件置民于紫稼外线捷灯照酒射下购，并谁在显辩影液扎中显侨影，弱将曝分光部曲位清崭除；将工随件浸桃入酸坊液(硝酸勒或氯谷化铁色？)池中建或将伴酸液棍喷雾逼至工牵件表董面，期控制涌时间光，清淋洗5.课3超声席波加加工跨机歼械、板电、泡光3个学掉科19满50年代毛起步茄（日碑本）劫，我学国50年代盾末开讽始5.纹3.奋1超声向波加右工基本仪原理鲜与特禾点次声县波＜16吵Hz（次/s）声波＞16斗~2灾×1骡04Hz超声黄波＞2×暗104~1衬07Hz蝙蝠抓、狗潮、鲸猴、海略豚等按可闻特超贷声波枣（微效波超退声）嗽＞0.进5×沈109Hz超声粱振动接驱动狂磨粒题撞击喷脆性蕉工件发，实舰现加由工（沈穿孔小、切酸割等茶）特点滚：1）加轰工脆稼性不厨导电效材料(陶瓷程、玻佩璃、用宝石订等)；2）工悉具简友单，志通用既？设验备结牢构简荡单3）对旱工件觉作用蓝力小5.慢3.示2设备超声税波发俩生器5.矮3.事3基本好工艺慨规律5.造3.续4应用切削尖，磨夏削，犁光整诉加工躬，塑钞性加熔工，茄磨料潮冲击晴加工误，焊嫂接5.止4激光圾加工19督60年代译开始军发展祥起来5.粮4.止1原理航与特深点能量麦高度境集中肆，局固部高袭温达104℃，格功率廉密度吸达108~1抓010w/葬cm2特点苏：1）不勇需要原工具进，不膨存在久工具燃损耗懂，无泡接触紧加工痰（无杂力的侦作用赴），禾能量枪及其朋移动钳速度毙均可遥调，惰可实依现多菊种加割工目脱的2）几沫乎能街加工誉任意餐材料危，特效别适岗用于另高硬棉度、管高脆滑性、竞高熔乱点的旷材料3）加舟工速助度快鸭，效颂率高诵，热宏影响铁区小耗，加翁工质骂量稳六定4）适醉合加尾工小编孔、赠窄缝败，光旗斑可重聚焦摩到微然米级5）可耐穿越隙透明郊材料淘，如需对真盲空管暮内部烘进行焊接特点怜：6）与月电子饿束加脱工等叫比较较，装预置简小单，途不要矮求抽申真空旷系统7）需课反复领试验抓，寻章找合辣理参纲数，矿为减尊少反驳射，聚工件面应色咏化、菜打毛8