电解磨削加工

电解磨削加工山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室20231234目录电解磨削加工原理电解磨削加工特点电解磨削加工工艺电解磨削加工设备LOGO1.电解磨削加工原理电解磨削时,硬质合金工件接直流电源正极,导电砂轮接直流电源负极,两者之间保持一定的接触压力,工件与砂轮外表突出的磨粒保持一定的电解间隙,电解液喷嘴向间隙中供给电解液。当接通电源后,工件外表发生电化学反响,硬质合金被电解,并在其外表上形成一层极薄的氧化膜(电解膜),其硬度远低于硬质合金本身。这层氧化膜被高速旋转的金刚石砂轮磨粒不断的刮除并随着电解液带走，使工件外表的新材料漏出,继续产生电解反响。电解和氧化膜的刮除交替进行，使硬质合金连续加工形成光滑的外表并到达一定的加工精度。主轴电刷直流电源导电砂轮电解液喷嘴工件磨粒图1：电解磨削加工原理图LOGO硬质合金是以坚硬的碳化物〔〕为主要成分，以添加金属〔〕为粘结剂，经压制烧结而成。电解磨削过程主要是阳极电化学反响过程。现以亚硝酸盐为主要成分的电解液加工硬质合金为例，说明其电化学反响过程。一.阳极电化学反响〔１〕钴的氧化反响〔金属钴在1.2V时开始溶解〕。

〔２〕碳化钛、碳化钨的氧化反响〔碳化钨溶解是从1.7Ｖ开始，碳化钛到3.0V才开始溶解〕在以亚硝酸盐为主要成分的电解液中，碳化钛、碳化钨的阳极氧化，主要是由于具有氧化性的氧化作用的结果。其过程是亚硝酸根离子首先在阳极上氧化，并生成，再与碳化钛、碳化钨作用，使之氧化。LOGO反响中产生的一氧化氮，由于电极上氧或原子氧的作用，立即被氧化为二氧化氮，生成的二氧化氮一局部放出，一局部溶于碱性溶液中，再生成亚硝酸盐。或阳极上除了亚硝酸根离子被氧化外，溶液中的水分子或氢氧根离子也可能在阳极上放电，生成原子氧。〔中性介质中〕〔碱性介质中〕生成的原子氧，一局部互相化合生成氧气而放出，一局部吸附在活化金属的外表，使残留的碳化钨、碳化钛发生氧化LOGO虽然阳极上产生的和原子氧都能使碳化钛、碳化钨发生氧化，但在亚硝酸盐为主要成分的电解中，的作用是主要的。在生成高价氧化钨的同时，也有一些低价氧化钨生成。各种氧化钨生成的量，在很大程度上取决于阳极氧化电位，氧化电位越高，生成高价氧化钨俞容易，氧化电位越低，生成低价氧化钨俞容易。生成的在碱性溶液中，将进一步发生化学溶解：二.阳极钝化反响电解磨削过程也是工件外表钝化——活化不断交替进行的过程。根据电化学反响理论，钝化是由于吸附的或成相的氧化层或盐层在工件外表上形成，而使金属的阳极溶解过程的电位升高或是这一过程减慢。〔1〕钴的钝化反响LOGO〔2〕钨的钝化反响〔3〕钛的钝化反响三.阴极的电化学反响热力学数据和实验说明，阴极电化学反响主要是氢气的析出。

但是在某些情况下，也可能有其他副反响发生，如金属离子的复原或其氧化物的沉积等。LOGO2.电解磨削加工特点生产率高外表质量好精度高砂轮损耗小LOGO3.电解磨削加工工艺〔一〕主要工艺参数〔1〕电流密度及电压电解磨削过程中，生产率随电流密度的增大而提高，电流过大或过小都会降低加工精度及外表质量。电解磨削硬质合金时，电流密度在110A/cm2时生产率最高，实际所用的电流密度为15-60A/cm2，电压为7-10V。粗磨时电流密度为20-30A/cm2，精磨时5-6A/cm2。电解磨削电压不宜过高，否那么会产生大量电火花，加剧砂轮磨损，降低工件外表质量。〔2〕加工间隙在一定的电压下，加工间隙小，可获得较高的电流密度，提高生产率，是加工外表平整，精度高。但是间隙过小，电解液就不易引进或分布不均，容易引起火花放电，加剧砂轮的磨损。一般采用的加工间隙为。〔3〕磨削压力磨削压力增大，生产率也增大，随着压力的不断增大，电解间LOGO隙相应减小，容易产生火花放电，并使砂轮磨损加剧。磨削压力过低，氧化膜去除不充分，加工效率和外表质量都随之降低。因此磨削压力应以不产生火花放电并能充分刮除氧化膜为原那么。一般磨削压力推荐使用〔4〕工件与磨轮的接触面积接触面积增大，直流电源能自动输入较大的电流而使生产率提高，并且外表质量良好。因此电解磨削时，应使砂轮与工件保持最大的接触面积。〔5〕砂轮转速增大转速，可使电解间隙中的电解液供给充分、交替迅速，同时提高机械磨削作用，是生产率提高。一般砂轮线速度为1200-2100m/min。〔6〕电解液供给量电解液的流量应保证充分并均匀地进入电解间隙。提高电解液流速可提高加工速率，但电解液流速过大,容易四处飞溅,操作不便,且飞溅到工件不加工部位,会引起不必要的腐蚀。一般立式电解平面磨床电解液的流量为5-15L/min,内外圆电解磨床电解液流量为1-6L/min。

LOGO〔二〕工件蚀除速度阳极金属溶解的质量金属的体积为式中，为阳极溶解的金属质量〔〕和体积〔〕；为金属的质量电化当量〔〕；为通过两相界面的电量〔〕；为电流强度〔〕；为电流通过的时间〔〕；为金属的密度〔〕；为金属的体积电化当量〔〕。实际溶解的金属比计算值低，引入电流效率。

影响电流效率的主要因素有：加工电流密度；阳极金属材料一电解液成分的匹配以及电解液的浓度、温度等工艺条件。LOGO工件的实际蚀除量为：

质量：

体积：加工外圆时，径向长度蚀除速度为：又因为〔为电解液的电阻率〕所以

LOGO〔三〕提高生产率的途径提高生产率的途径提高电流密度升高工作电压缩小电解间隙增大磨轮与工件间的导电面积减小电解液的电阻率LOGO电解液被加工材料的性质机床和夹具精度磨轮精度阴极导电面积加工精度〔四〕影响加工精度的因素LOGO4.电解磨削加工设备电解磨削加工设备一般采用普通机床改装成电解磨削机床。电源设备一般采用整流器。机床改装的一般原那么：〔1〕尽可能利用原有机床机构，这样可以缩短改装时间。〔2〕机床改装后，应具有良好的绝缘性。一般绝缘电阻不小于0.5兆欧。电解液输送泵的底座不要和机床直接连接，假设必要连接时，应在其间加以绝缘。〔3〕机床和夹具的精度必须满足零件精度的要求。〔4〕要有完整的电解液输送系统及防护装置，保证电解液不进入机床的润滑面和电动机中以防止电解液四处飞溅。〔5〕加工时尽量是电流不通过滚珠轴承，否那么轴承因电触而加快磨损，从而降低了机床的精度。〔6〕应具有抽走有害气体的装置。

LOGO〔7〕加工光洁度较高的零件时，电解液应采取一定的过滤方法，以保持电解液的清洁。直流电源设备主要采用硅〔硒〕整流器，也可以采用直流发电机，其规格按零件大小及电流密度选取。采用硅〔硒〕整流器时，整流器应采用全波整流，尽可能无级调节电压，并有过电流、过电压保护装置。为了减少导电回路的功率损耗，导线截面积尽可能地大些，导线长度应短些，导线接头的接触要良好。为了便于反接处理磨轮，最好装有正负极换向开关。电解磨削外圆，有中技法和导电磨轮磨削法两种。目前用的最广泛的是中极法。与导电磨轮电解磨削外圆的方法不同之处在于阴极和磨轮是分开的，在整个加工过程中，金属的去除主要靠阳极〔工件〕与辅助阴极之间的电解作用，砂轮只起到刮除氧化膜整平工件的作用。中极磨削的主要特点是：〔1〕机床的改装较简单，只需增加一个辅助阴极机构与两个绝缘顶尖。

LOGO〔2〕由于磨轮与阴极是分开的，磨轮可采用普通砂轮。

〔3〕阴极导电面积较大，所以电流强度大，生产率均比用导电磨轮电解磨削和电火花磨削高。在加工过程中，阴极能始终保持光滑平整，有利于提高精度和光洁度。

电解磨削机床改装

一、机床的绝缘

在机床的改装的过程中，首先

要考虑绝缘问题。中极法机床改装

的绝缘部位是床头、两端顶尖和阴

极。

1.床头的绝缘

在考虑床头绝缘时，尽可能避

免电流直接通过顶尖传到工件上。

假设顶尖与工件接触面积小，那么接触电阻就增大，在工件与顶尖接触处产生的热量大，从而加剧了顶尖和中心孔的磨损，影响加工精度。普通砂轮工件阳极电解液喷嘴中间电极电源图2：中间电极法电解磨削结构简图LOGO2.顶尖绝缘顶尖要求具有良好的绝缘性、刚性、耐腐蚀性及耐磨性，且制造简单。顶尖绝缘常用的材料有环氧树脂、有机玻璃和夹布胶木等。实践证明，夹布胶木被电解液侵蚀后绝缘性不好。有机玻璃虽然绝缘性能较好，但用其作定位基准，刚性较差，不能满足要求。目前普遍采用环氧树脂，它的绝缘性和刚性都比前两种材料要好。3.阴极绝缘阴极固定在阴极托架上，两者之间用有机玻璃板绝缘。二、阴极及阴极托架1.阴极的设计与制造对于中极法电解磨削外圆而言，阴极主要是保证导电面积尽可能大的情况下，使电解液顺利地流入极间间隙中，同时使电解液分布均匀。1〕.阴极工作型面圆弧半径R

LOGO式中-工件直径；-极间间隙。2〕.阴极型面弧长阴极型面弧长的大小，直接影响到生产率的上下。当弧长太短时，会使导电面积减小，故生产率下降。当弧长太长时，电解面积增大，电流也相应的增大，生产率提高。但是电解液流通与电解产物的及时排除都要受到一定的影响，故型面圆弧长度要根据实际工作条件来确定。一般为工件圆周的四分之一到五分之二。3〕.阴极的宽度阴极宽度一般取工件长度大2mm。