第四章電解加工的理論及應用

第四章電解加工的理論及應用第1頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電化學加工：

陽極溶解：電解加工、電解磨削、電化學拋光、電解珩磨、電解研磨陰極沉積：電鑄、電鍍、電刷鍍（涂鍍）電解加工：是利用電化學的陽極溶解來將工件加工成形的。

第2頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工的理論基礎電解加工諸要素及相互關系第3頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工的理論基礎電解加工間隙中的電化學陽極溶解理論電解加工間隙中的電場理論電解加工間隙中的流場理論第4頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中的電場特性理論分析電解加工間隙電場中的電位、電流分布及其對電解加工成型規(guī)律的影響電場分為三種：靜電場導電媒質中的電場有電流通過的導電媒質周圍介質中的電場。第5頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四一、導電媒質中的電場

導電媒質的主要特征是媒質的電導率>0，某媒質內有電場存在時，就有電流流動，電流場的分布特征用電流密度i來表示。i與電場強度E的關系為電流總是由高電位流向低電位方向的用電流線和等位面對導電媒質中的電場進行直觀的幾何描述。電場中各點的電流線總是與通過該點的等位面正交，而電力線正向指向電位降低的方向。第6頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中的電場分布

間隙中充滿高速流動的電解液，在電場作用下電解液中正離子→工具陰極負離子→工件陽極工件陽極→工具陰極的正向電流→構成了電流場。電解加工過程進入平衡加工狀態(tài)電場參數(shù)均不隨時間變化，只是位置的函數(shù)，間隙電場屬于穩(wěn)恒電流場，而且是無源的穩(wěn)恒電流場；電位分布符合拉普拉斯方程第7頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四邊界條件邊界條件：將電極與電解液接觸界面上的電位分布(大部分為極化電位)歸結為陰、陽極極化電位總和(通常又簡化為一常量即分解電壓)；將陰極、陽極表面各視為不同電位的等位面。即陽極面上陰極面上陽極加工面電解去除速度

陽極加工面電解去除速度與陰極垂直送進速度的關系為：第8頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四邊界條件θ為陽極某處電解面的法向與陰極送進速度的夾角；沿陽極表面各處法向的電位變化率為：

第9頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中電位分布的數(shù)學模型方程組

陽極表面邊界條件：陰極表面邊界條件：

第10頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四φ——電場中各點的電位，一般地φ=φ(x、y、z)；U——陽極表面電位值；n——陽極表面各處的法向坐標；θ——陰極送進速度與陽極表面法向之間的夾角；η——電流效率，一般地η=η(i)；η0——θ=0處的η；i——電流密度，一般認為，間隙中沿陽極表面同一法線上各點的i相同，故可寫作i=i(θ)i0——θ=0處陽極表面法向上的電流密度；к——電解液的導電率，一般地，受電解液濃度、溫度和電解液中含氣率的影響，к

=

к(θ)第11頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中的電場分布

第12頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四基于電場分布的電解加工成型規(guī)律的研究

根據(jù)所要電解加工的零件圖而設計工具陰極；根據(jù)工具陰極的幾何形狀預測被加工工件陽極的形狀成型規(guī)律，即加工間隙的時、空分布受多種因素的影響簡化電場、近似處理的成型規(guī)律第13頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四一、簡化電場、近似處理的成型規(guī)律的研究(1)沿電流線方向，電位梯度不變；換言之，在同一電流線上，有相同的電場強度。(2)從陽極等位面(φa=U)開始，到陰極等位面(φc=0)止，電位逐漸減小，等位面與電流線正交，電流線由陽極指向陰極。(3)取電流效率為常數(shù)(對NaCl電解液在任何電流密度條件下可取為常數(shù)；對NaNO3電解液在高于一定的電流密度條件下可近似為常數(shù))；在同一電流線上取電解液導電率相同。第14頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四簡化電場、近似處理的成型規(guī)律的研究在同一電流線上，電流密度相同；約定加工處于平衡狀態(tài)，且電解加工間隙很小(0.1～1mm)，在工件被加工表面法向與工具陰極表面法向間夾角不大的情況下，近似認為電流線同時垂直工件及陰極表面，取電力線的直線長度替代實際呈弧線形狀的電力線。求解電解加工之間隙長度問題就轉化為求解相應處電力線長度的問題，可采用歐姆定律建立起近似(即直線)電流線長度與加工電壓的關系；基于法拉第電解定律導出陽極表面電解速度的大小以及最終陰、陽極型面相互之間的幾何關系。第15頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四成型規(guī)律的方程組

在加工平衡狀態(tài)：

第16頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四成型規(guī)律的方程組δE——電解加工的陰、陽極電極電位值總和；UＲ

——間隙電解液中的電壓降(V)；

i——電流密度(A／cm2)；к——電解液導電率1／Ωcm)；△——電解加工間隙（ccm）；θ——陰極送進速度ν與工件陽極表面法向之問的夾角；△θ——對應θ處的法向平衡加工間隙（cm）；△

b——對應處的平衡加工間隙，通常又稱端面平衡間隙(cm)；νa——陽極被加工表面的法向腐蝕速度，通常簡稱為工件加工速度(cm／s)；

ν——工具陰極送進速度(cm／s)；η

——電流效率ω

——體積電化當量(crn3／As)。第17頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四基于簡化電場的成型規(guī)律描述——cosθ

第18頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四加工間隙和電流線的瞬時變化示意圖

令陽極Sa點處的l(t,Sa)=0，則陰極型面Sc點處l(t,Sc)=l；設Sa點處電解速度有ν(t,Sa)且沿型面法向指向型面內。工具陰極以v速度向工件陽極送進，在t時刻加工間隙中電流線分布如圖所示。電流線由陽極型面Sa點自法向出發(fā)，到工具陰極型面Sc點(法向)終止，設電流線為l，電流線不僅有長度，而且還具有空間方位，故采用矢量l表示。第19頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電流線在t時刻變化的微分方程

dl／dt=νa(t,Sa)–νdl=[νa(t,Sa)–ν

]dt

取電流線l作為加工間隙，則有：

d△／dt=νa(t,Sa)–νd△=[νa(t,Sa)–ν

]dt揭示了由于工具陰極相對工件陽極的送進速度不同，則引起電場分布，或者說加工間隙分布隨時間、空間的變化而變化

;如果νa(t,Sa)=ν，則顯見，進入加工平衡狀態(tài)，電場分布、間隙分布均進入穩(wěn)恒狀態(tài)，不再隨時間而變化。第20頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四微分方程在νa方向上投影的標量形式

取上述矢量在方向、即陽極型面法向上的投影上列方程表明，在不同θ處，電流線、加工間隙的變化率不同。

模擬加工過程能否收斂到平衡加工狀態(tài)的問題，有限元法在網(wǎng)格劃分和邊界條件處理第21頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四

三、基于實際電場分布的陰極設計方法

第22頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電位分布方程組

陽極邊界上：泛函為極小

第23頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中的流場特性

流場影響電場，電場也影響流場，流場電場的分布又都直接影響電化學溶解速度場，并由此影響電解加工間隙的分布。研究電解加工間隙中的流場特性，是研究電解加工成型規(guī)律的基礎。電解加工間隙中的氣液兩相流動特點第24頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四電解加工間隙中的氣液兩相流動特性

電解加工過程中大量電解液流過加工間隙陰極析出氫氣陽極溶解而產(chǎn)生電解產(chǎn)物，有時還有氧氣、氯氣或二氧化氮氣體析出，故電解加工間隙中所流過的介質是氣、液、固三相流。電解產(chǎn)物所占的體積比很小，可以忽略其對電解液電導率及密度的影響，故可以將間隙中氣、液、固三相流問題簡化，近似為氣、液兩相流問題處理，第25頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四一、氣液兩相流的流動參數(shù)

氣液兩相流動參數(shù)，除每相各自的參數(shù)，例如各相流量、流速、壓力、溫度等參數(shù)外，還有某些相互關聯(lián)的流動參數(shù)1．氣泡率β

2．截面含氣率φ

3．氣液兩相介質的流動密度ρ

4．兩相介質的真實密度ρCM

第26頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四1．氣泡率β指單位時間內流過某一流通截面的兩相流體總體積Q中氣相介質所占體積的比例，Qg為流過某一流通截面的氣相體積流量,Ql為液相體積流量；Q為兩相總體積流量。第27頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四2．截面含氣率φ指所研究流通截面上氣相所占截面積Ag與氣液兩相總流通截面積A之比，Q為體積流量；u為流速；注腳g為氣相，注腳l為液相第28頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四3．氣液兩相介質的流動密度ρ第29頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四4．兩相介質的真實密度ρCM

指流道中所研究截面上兩相介質的實際密度，第30頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四二、電解加工間隙中氣液兩相流動模型

(1)一維兩相兩成分均勻流型假設：氣泡在液相中均勻分布，液相不可壓縮，而氣相狀態(tài)變化服從理想氣體狀態(tài)方程；相間無質量轉換，即不存在氣液兩相相互之間質量轉換的情況；沿流動方向的每一橫截面上各相參數(shù)均勻分布。

(2)線性電場假設：陰、陽極表面均為等電位面，電極電位在電極／溶液界面上的非線性突變以適當量的極化電位或近似與分解電壓等價；在電解液中，在垂直于電解液流動的方向上，電位呈線性分布，即具有等電位梯度。(3)平衡加工狀態(tài)假設：電解加工處于平衡加工狀態(tài)，各項參數(shù)不隨時間變化而只是幾何位置的函數(shù)；陽極溶解速度與陰極進給速度相等，加工間隙已達平衡間隙，不再隨時間而變化；電解液與陰、陽極間的熱交換也處于熱平衡狀態(tài)。第31頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四側流式矩形加工間隙模型

第32頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四氣液兩相流動的質量、動量、能量方程以及電解加工間隙表達式

第33頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四x為電解液流程長度或簡稱流程，即所研究流道橫截面距間隙進口處的距離；β為氣泡率；p為壓力；u為流速;T為溫度；τ為粘性剪切力；△為加工間隙；к為電解液的電導率(以上參數(shù)有下標“0”則為間隙進口處參數(shù)，未加下標則為流程x橫截面上的參數(shù))；UＲ為加工間隙△方向上電解液的歐姆壓降；i為加工電流密度；ρl為電解液密度；Cl為電解液熱容；ξ為電導率溫度系數(shù)；n為考慮氣泡率對電導率影響的指數(shù)，從n=1.5～2中選取，通?？扇=1.5；Rg為氫氣的氣體狀態(tài)常數(shù)；ηg為析氫的電流效率；kg為析氫質量電化當量。第34頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四流場參數(shù)及加工間隙分布規(guī)律

第35頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四流場參數(shù)及加工間隙分布規(guī)律

第36頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四流場參數(shù)及加工間隙沿流程的分布

第37頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)

電解加工過程和特點⒈電解加工過程⒉電解加工特點⒊采用電解加工的條件（三原則）第38頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)

電解加工過程和特點

⒈電解加工過程

1000A～10000A20000A15～20V10～200A∕㎝20.1～1㎜0.5～2MPa5～50m∕s20％NaCl30～40℃第39頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉電解加工特點

優(yōu)點：⑴加工范圍廣⑵生產(chǎn)率高⑶表面粗糙度小Ra0.8μm，

Ra0.2μm⑷不產(chǎn)生殘余應力、變形、毛刺（飛邊）⑸理論上工具電極不損耗缺點：⑴成型精度低⑵雜散腐蝕嚴重⑶工具電極的設計與修正⑷污染：

Cr6＋鉻基

NaCl排放⑸設備貴⑹腐蝕第40頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊采用電解加工的條件（三原則）

⑴難加工材料⑵難加工形狀⑶有一定的批量第41頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)

電解加工基本原理⒈電解質溶液⒉電極電位⒊電極的極化⒋金屬的鈍化⒌電解加工時的電極反應

第42頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)

電解加工基本原理

⒈電解質溶液：

凡溶于水之后能導電的物質就是電解質，電解質溶液即為電解液。

NaCl、NaNO3、NaClO3

水是一種弱電解質，只能有很少一部分離解成[H]＋及[OH]－水是極性分子，吸附電解質正、負離子。水化離子

第43頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉電極電位第44頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉電極電位

電位差平衡電極電位：溶解、沉淀平衡標準氫電極為基準能斯特公式：第45頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊電極的極化

極化現(xiàn)象⑴濃差極化

Mn＋擴散慢⑵電化學極化

M→Mn＋慢

第46頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四金屬的鈍化和活化⒋金屬的鈍化鈍化：在電解加工中陽極溶解隨電流的增大而突然減小以至停止的現(xiàn)象。⑴成相理論：氧化膜⑵吸附理論：

O2活化：⑴加熱⑵還原氣體⑶Cl－⑷機械：刮第47頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒌電解加工時的電極反應

反應復雜⑴工件材料不是純金屬⑵單一鹽溶液⑶溫度、壓力、流速14％～17％NaCl，鐵（鋼）Na+Fe?H2↑Na↓Fe2+Fe3+O2Cl2?第48頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒌電解加工時的電極反應⑴陽極反應①Fe－2e→Fe2＋

U′=－0.59VFe－3e→Fe3＋U′=－0.323V②4OH－－4e→O2↑U′=0.867V③2Cl－－2e→Cl2↑U′=1.334V陽極：電極電位越負越容易失去電子，被氧化結論：陽極Fe－2e→Fe2＋溶解⑵陰極反應⑴2H＋＋2e→H2↑

U′=－0.42V⑵Na＋＋e→Na↓

U′=－2.69V陰極：電極電位越正越容易得到電子，被還原結論：陰極2H＋＋2e→H2↑析出氫氣

第49頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒌電解加工時的電極反應Fe2＋＋2OH－→Fe（OH）2↓

墨綠絮狀Fe3C剝離4Fe（OH）2＋2H2O＋O2→4Fe（OH）3↓黃褐結論：NaCl不參與Fe3C：有氯、氧析出（少量）Fe3C剝離第50頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)

電解液一、電解加工中電解液的基本作用二、對電解液的基本要求三、三種常用電解液四、電解液參數(shù)對加工過程的影響五、電解液的流速及流向六、出水口的布局

第51頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)

電解液

一、電解加工中電解液的基本作用⒈作為導電介質傳遞電流⒉在陰、陽極之間進行電化學反應，使陽極溶解得以順利進行。⒊冷卻、排屑、更新電解液（在加工區(qū)域）二、對電解液的基本要求：⒈生產(chǎn)率高：⑴導電能力要強⑵陰離子不在陽極上析出⑶不選用鈍化性電解液⒉具有較高的加工精度和表面質量：⑴陽離子不能沉積到陰極⑵鈍化性電解液⒊陽極反應產(chǎn)物應是不溶性的化合物。便于處理、過濾、排放、連續(xù)使用小孔時：排屑、可溶性⒋價格便宜、性能穩(wěn)定、操作安全、腐蝕性小。

第52頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四三、三種常用電解液

中性、酸性、堿性

常用中性鹽三種：

NaCl、NaNO3、NaClO3

第53頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒈NaCl

食鹽、最普通使用優(yōu)點：⑴生產(chǎn)率高，電流效率高強電解質，導電能力強含有Cl－，無析氧，不會生成鈍化膜⑵表面粗糙度?、莾r格便宜缺點：⑴尺寸精度低，雜散腐蝕嚴重。⑵對機床腐蝕嚴重。NaCl常用濃度＜20％（14％～18％）精加工5％～10％常用溫度：25℃～35℃鈦合金：40℃以上。

第54頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉NaNO3

優(yōu)點：⑴精度高，尺寸易控制，雜散腐蝕小。0.78㎜⑵使用安全，腐蝕小，價廉。⑶鈍化性電解液。

缺點：⑴電流效率低，生產(chǎn)率低。⑵陰極氨氣析出，NaNO3被消耗。切斷間隙：側面被保護起來的間隙△a。切斷電流：電流密度ia濃度：30％以下。

第55頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四極化曲線第56頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四三、三種常用電解液第57頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四三、三種常用電解液第58頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊NaClO3

優(yōu)點：⑴精度高，雜散腐蝕小，尺寸易控制，表面粗糙度小，導電能力與NaCl差不多（電導率比NaCl低，溶解度比NaCl高）⑵腐蝕作用小。

缺點：⑴價貴⑵安全防火，強氧化劑，易燃。控制Cl－濃度，NaClO3有消耗。濃度：15％～35％。

第59頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四效率與電流曲線第60頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四四、電解液參數(shù)對加工過程的影響

⒈濃度及溫度電解液濃度及溫度的變化都將影響腐蝕速度及加工精度濃度↑電導率б↑生產(chǎn)率↑加工精度↓溫度↑電導率б↑生產(chǎn)率↑加工精度↓溫度受絕緣材料、電解液的沸騰影響；一般不超過60℃，在30～40℃范圍內。濃度太大、雜散腐蝕嚴重，NaCl＜20％

NaNO3、NaClO3雖溶解度較高，但濃度＞30％時非線性變差常用＜20％NaCl：水

NaClO3：ClO3－分解第61頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四四、電解液參數(shù)對加工過程的影響⒉電解液PH值：中性：陰極H＋放電析出，OH－聚集堿化

PH值↑鐵、鎳合金在堿性中容易鈍化酸化：硼酸

添加劑

⒊粘度：溫度↑粘度↓粘度升高，氫氧化物含量增高。

第62頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四五、電解液的流速及流向

流速：10m/s

氫氣、金屬氫氧化物沖走，熱量帶走。流向：正向：簡單，氫氣、氫氧化物多，加工精度、表面粗糙度降低。反向：與正向相反橫向：較淺的型腔模。

第63頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四五、電解液的流速及流向第64頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四六、出水口的布局

流線

窄槽、孔

第65頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四六、出水口的布局第66頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)

電解加工過程中的基本規(guī)律一、生產(chǎn)率及其影響因素二、精度成型規(guī)律三、表面質量第67頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)

電解加工過程中的基本規(guī)律

一、生產(chǎn)率及其影響因素

生產(chǎn)率：單位時間內去除的金屬量。㎜3/min，g/min。電化學當量電流密度電解液及其參數(shù)⒈法拉第電解定律（電化學當量與生產(chǎn)率）

⒉電流密度與生產(chǎn)率

⒊電極間隙大小和蝕除速度的關系

第68頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)

電解加工過程中的基本規(guī)律⒈法拉第電解定律（電化學當量與生產(chǎn)率）

m—電極上溶解或析出物質的質量（g）

V—電極上溶解或析出物質的體積（mm3）

K—被電解物質的質量電化學當量（g/A·h）

ω—被電解物質的體積電化學當量（mm3/A·h）

I—電解電流（A）

t—電解時間（h）第69頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四一、生產(chǎn)率及其影響因素

η—電流效率η＞100%塊狀脫落η太小，鈍化膜或其它反應合金例：NaCl電解液，厚64㎜低碳鋼加工φ25㎜通孔，中空電極內徑φ13.5㎜，

V=22200㎜3，t=5min，I=5000A求I、t查ω=133mm3/Ah，η=100%

第70頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉電流密度與生產(chǎn)率va：蝕除速度

第71頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊電極間隙大小和蝕除速度的關系

σ－電導率（1/Ω·㎜）UR－電解液的歐姆電壓（V）Δ－加工間隙（㎜）

第72頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊電極間隙大小和蝕除速度的關系

U=Ua＋UR＋UcUR=U－（Ua＋Uc）Ua＋Uc=2～3VUR=U－2UR≈U雙曲線第73頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊電極間隙大小和蝕除速度的關系固定陰極

擴孔、拋光

第74頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊電極間隙大小和蝕除速度的關系例：η=100%，Δ0=0.2mm，U=12V，Δ=1mm，

15%NaCl，30℃求：va0，va，t解：σ=0.02/（Ω·mm）

UR=U－2=10V，ω=2.22㎜3/（A·min）

va0=ηωσUR/Δ0=（100%×2.22×0.02×10/0.2）mm/min=2.22mm/minva=ηωσUR/Δ=（100%×2.22×0.02×10/1）mm/min=0.444mm/mint=（Δ2－Δ02）/（2ηωσUR）

=（（12－0.22）/（2×100%×2.22×0.02×10））mm/min=1.09min控制精度?第75頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四在平衡加工狀態(tài)下選取不同處的電流效率的方法圖

第76頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四二、精度成型規(guī)律⒈端面平衡間隙⒉法向間隙⒊側面間隙⒋平衡間隙理論應用⒌影響加工間隙的其它因素第77頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四二、精度成型規(guī)律⒈端面平衡間隙端面間隙：垂直進給方向的面,沿進給方向的間隙。端面平衡間隙Δb：工件蝕除速度va與陰極的進給速度vc相等兩者達到動態(tài)平衡的端面間隙。

加工過程達到穩(wěn)定時的加工間隙時

達到動態(tài)平衡△=△bΔb：0.12～0.8mm，合適：0.25～0.3mm第78頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒈端面平衡間隙例：15%NaCl，30℃，U=12V，碳鋼

vc=1mm/min及

vc=2mm/min求Δb解：η=100%，ω=2.22mm3/A·min，

σ=0.02/（Ω·mm）

UR=U-2=10Vvc=1，Δb=1×2.22×0.02×10/1=0.444mmvc=2，Δb=1×2.22×0.02×10/2=0.222mm

第79頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四過渡間隙Δ第80頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四過渡間隙Δ第81頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒉法向間隙法向平衡間隙Δn比端面平衡間隙Δb大,是1/cosθ倍。Cosθ法設計電極端面間隙：垂直進給方向的面,沿進給方向的間隙。法向平衡間隙和端面間隙不是同時達到,只存在一個。第82頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊側面間隙第83頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒊側面間隙側面不絕緣：軸向截面拋物線

側面絕緣：

第84頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒋平衡間隙理論應用

⑴計算間隙⑵設計電極⑶分析加工精度⑷選擇加工參數(shù)

第85頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四理想加工過程中平衡狀態(tài)下的加工間隙(a)

及求解陰極型面(b)的示意圖第86頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四⒌影響加工間隙的其它因素材料成分組織狀態(tài)表面狀態(tài)：活化、鈍化溫度濃度電場分布流動方向電壓變化第87頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四三、表面質量

Ra1.25～0.16μm⒈工件材料的合金成分、金相組織、熱處理狀態(tài)。⒉工藝參數(shù)⒊陰極表面質量

除油去銹

第88頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)

提高加工精度的途徑非水電解液，甲醇基和甲酰胺基措施一、脈沖電解加工二、小間隙電解加工三、改進電解液四、混氣電解加工第89頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四二、小間隙電解加工第90頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四二、小間隙電解加工加工速度，精度液流阻力大，電流密度大，溫升快，溫度高，壓力大限制：機床剛度傳動精度電解液壓力、流速、過濾

第91頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)

提高加工精度的途徑三、改進電解液復合電解液，添加劑，鈍化層或絕緣層

低濃度電解液，間隙均勻，復制精度高，效率低

四、混氣電解加工第92頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)

電解加工的基本設備一、直流電源

二、機床

三、電解液系統(tǒng)

第93頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)

電解加工的基本設備一、直流電源⒈扼流式飽和電抗器調壓⒉自飽和式電抗器調壓⒊可控硅調壓

第94頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)

電解加工的基本設備二、機床⒈對機床要求：⑴機床剛性20～40KN⑵進給速度穩(wěn)定⑶防腐絕緣⑷安全措施，氫氣（爆炸）⒉類型：立式臥式第95頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第六節(jié)

電解加工的基本設備三、電解液系統(tǒng)多級離心泵過濾：介質過濾離心過濾沉淀法：漏斗

鐵管第96頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用膛線、花鍵孔、深孔、內齒輪、鏈輪、葉片、異形零件、模具⒈深孔、擴孔加工

⒉型孔加工

⒊型腔加工

⒋套料加工

⒌葉片加工

⒍電解倒棱去毛刺

⒎電解刻字⒏電解拋光

第97頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒈深孔、擴孔加工

固定式移動式

⑴固定式：工件和工具間無相對運動優(yōu)點：①設備簡單②生產(chǎn)率高③操作簡單缺點：①陰極長②電源功率大③加工表面粗糙度和尺寸精度不均勻④剛度不足第98頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用第99頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⑵移動式：陰極軸向移動優(yōu)點：①陰極較短②精度要求低，制造容易。③工件可任意長，不受電源功率限制。缺點：①機床有效長度大于工件長度②工件兩端：收口和喇叭口。導流段：黃銅不銹鋼

第100頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用第101頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用第102頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用例：起落架液壓筒

30CrMnSiA要求4級精度，Ra0.4μm～Ra0.2μm(▽8～▽9)加工前Ra1.6μm(▽6)，加工后Ra0.2μm(▽9)，留量δ=0.2㎜（單邊）t工時=10分鐘，Δ=0.1～0.15㎜V=10～12V，I=1700～2000A（I=20～30A/cm2）

第103頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒉型孔加工形狀復雜，尺寸較小四方、六方、橢圓、半圓通孔和不通孔端面進給，側面絕緣絕緣厚度：工作部分：0.15～0.20㎜

非工作部分：0.3～0.5㎜

陰極內圓錐面高度1.5～3.5㎜

工作端及側面成型環(huán)面的寬度一般取0.3～0.5㎜

第104頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用第105頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒊型腔加工鍛模反拷法

cosθ法

端面：

側面：

第106頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用cosθ法:

⑴在工件輪廓上取A1、A2、A3、…、An，

⑵過A1作法線和進給方向的平行線，平行線A1C1=Δb

⑶過C1作C1B1⊥A1C1，得電極點B1，

⑷以此類推，作出B2、B3、…、Bn，⑸光滑連接B1、B2、B3、…、Bn。

θ＞45°時誤差大。第107頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用連桿鍛模：

V=8～15V，i=20～90A/cm2，

vc=0.4～1.5mm/min，

8%～12%NaCl，壓力0.5～2MPa。開增液孔，增液縫。

第108頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒋套料加工

0.1～0.3mm

陰極片0.5mm紫銅精度0.02～0.04mmRa1.25～0.32μm1mm增液孔7個

i=100～200A/cm2，V=13～15V，

Δb=0.3～0.4mm，Δs=0.5～0.6mm，壓力0.8～1MPa，

40～20℃，12%～14%NaCl，

vc=1.8～2.5mm/min

第109頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用第110頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒌葉片加工

單面立式雙面臥式側流法供液混氣電解加工（NaCl）氯酸鈉第111頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒍電解倒棱去毛刺

3～5㎜，20V以上1min

第112頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒎電解刻字字頭和工件：0.1mm電解間隙鈍化型電解液，0.5s

第113頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)

電解加工工藝及應用⒏電解拋光電解拋光：利用金屬在電解液中的電化學陽極溶解對工件表面進行腐蝕拋光。電解拋光和電解加工的區(qū)別：間隙大，電流密度小，電解液不流動，設備簡單。電解拋光：設備簡單影響因素：⑴電解液的成分、比例。⑵電參數(shù)：陽極電位，陽極電流密度⑶電解液溫度及攪拌情況⑷金屬的金相組織與原始表面狀態(tài)表面Ra2.5～0.8μm第114頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法一、混氣電解加工二、脈沖電解加工三、數(shù)控展成電解加工四、小孔束流電解加工第115頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法一、混氣電解加工⒈混氣電解加工原理及優(yōu)缺點：混氣電解加工：將一定壓力的氣體（二氧化碳、氮氣或壓縮空氣等）用混氣裝置使它與電解液混合在一起，使電解液成為包含無數(shù)水、氣泡的氣液混合物，然后送入加工區(qū)進行電解加工。

第116頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法影響：⑴對流場分布的影響①改善流場的均勻性②有利于提高流速⑵對電導率分布的影響①使電導率沿流程變化趨于均勻②使得氣液兩相混合物的電導率隨間隙變化而變化。第117頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⑶對電極反應過程的影響有效消除離子粘附，減小濃差極化，使極化趨于均勻，使加工電流密度分布趨于均勻。作用：⑴電解液向非線性方面轉化，減少雜散腐蝕。⑵降低電解液的密度、粘度，增加流速，均勻流場。第118頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法優(yōu)點：⑴提高了電解加工精度⑵簡化了陰極的設計與制造⑶減少短路第119頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法缺點：⑴生產(chǎn)率降低，1/3～1/2。⑵需要一套附屬供氣設備。第120頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法組成：引導部混合部擴散部第121頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法第122頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法第123頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⒉氣液混合比qg－氣體流量（指標準狀態(tài)）（m3/h）ql－電解液流量（m3/h）標準狀態(tài)（一個大氣壓，20℃）氣：0.4～0.5MPa液比氣低：0.05MPa第124頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法二、脈沖電解加工用脈沖電源進行電解加工。脈沖電流電解加工的基本原理就是以周期間歇供電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的連續(xù)供電使工件陽極在電解液中發(fā)生周期斷續(xù)的電化學陽極溶解。它利用脈間的斷電間歇去極化、散熱，使間隙的電化學特性、流場、電場恢復起始狀態(tài)。

第125頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法分類：

按其加工電流的特性分：正弦波或矩形波低頻(數(shù)十Hz)或高頻(數(shù)KHz～數(shù)十KHz)

寬脈沖(數(shù)ms～數(shù)十ms)或窄脈沖(數(shù)十μs～數(shù)百μs)

按其進給及供電的配合方式分：連續(xù)供給脈沖電流、連續(xù)進給；周期供給脈沖電流、周期進給；連續(xù)供給脈沖電流與脈沖同步振動進給。

第126頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⒈脈沖電流電解加工的物理、化學特性⒉物理、化學特性的改善對加工結果的影響第127頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⒈脈沖電流電解加工的物理和化學特性瞬時通電和斷電的過程導致了電解加工間隙過程物理、化學特性的一系列變化。

⑴電流效率曲線的非線性特性的強化⑵脈沖電流電解加工的陽極電位特性的變化⑶加工間隙中流場壓力和溫度特性的變化第128頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⑴電流效率曲線的非線性特性的強化①切斷電流密度增大，切斷間隙減小。

用脈沖電流在鈍性電解液中加工鐵基金屬時，其η—i曲線較用直流時顯著移向高ia區(qū)，切斷電流密度i加大，切斷間隙Δa減小，導致集中蝕除能力加強。第129頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法

②占空比影響電流效率占空比減小時，η—i曲線亦向高i區(qū)移動切斷電流密度ia增大，切斷間隙Δa減小?；罨芙狻⑩g化溶解與超鈍化溶解的電流密度區(qū)域與直流條件下是不同的，脈沖條件下能改變陽極極化特性。第130頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⑵脈沖電流電解加工的陽極電位特性的變化

快速脈沖極化有利于集中蝕除能力的加強，脈間的去極化作用有利于表面極化電位分布均勻。

第131頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⑶加工間隙中流場壓力和溫度特性的變化①改善極間的流場第132頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法生成與脈沖電流同期的氫氣壓力波陰極析氫量與電流成正比，壓力波強度隨電流密度的增加而加大，其頻率亦然。壓力波對極間電解液的攪拌作用極間的流場趨于均勻，削弱了濃差極化和鈍化極化，改善電解液對小間隙處的充添能力；提高間隙過程的穩(wěn)定性，最小穩(wěn)定間隙比直流加工小，間隙分布均勻。②改善間隙熱交換條件僅在脈沖寬度期間發(fā)熱，在脈間內散出。達到沸點溫度的電流密度比直流加工大，在同樣的電流密度下極間溫度較直流加工低。第133頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法⒉物理、化學特性的改善對加工結果的影響

⑴提高加工精度⑵改善表面質量

第134頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法二、脈沖電解加工

優(yōu)點：⒈非線性特征⒉產(chǎn)物排出、工作液更新攪拌⒊小間隙加工⒋電流效率高第135頁，共155頁，2023年，2月20日，星期四第八節(jié)其他電解加工方法三、數(shù)控展成電解加工

傳統(tǒng)電解加工采用成型陰極拷貝式電解成型加工優(yōu)點：⑴加工速度快⑵一個方向的簡單送進運動缺點：⑴成型陰極的設計及制造困難，且制造周期長⑵陰極形狀復雜、加工面積大，影響因素多