第四章 电解加工理论及应用.ppt

第四章 电解加工的理论及应用 电火花加工存在的问题： 生产率低 电极损耗 表面粗糙度大 热应力、表面变质层? 电热物理蚀除：熔化、气化、破碎 寻求更高、更精的加工方法 电解加工诞生 电解加工： 生产率高 表面粗糙度小 电极不损耗 无应力 电化学蚀除：溶解 1834年法拉第电解定律 1951年苏联发表了电解加工 20世纪50年代末，英国展出了电解加工机床 1958年大跃进，我国开始搞 847厂（西安昆仑机械厂），叶片，火炮膛线 1992年苏联还用电火花加工叶片，一个需一个月加工时间， 北京用电解方法加工涡轮叶片 电化学加工： 阳极溶解： 电解加工、电解磨削、 电化学抛光、电解珩磨、电解研磨 阴极沉积： 电铸、电镀、电刷镀（涂镀） 电解加工： 是利用电化学的阳极溶解来将工件加工成形的。 电解加工的理论基础 电解加工的理论基础 电解加工间隙中的电化学阳极溶解理论 电解加工间隙中的电场理论 电解加工间隙中的流场理论 电解加工间隙中的电场特性理论 分析电解加工间隙电场中的电位、电流分布及其对电解加工成型规律的影响 电场分为三种： 静电场 导电媒质中的电场 有电流通过的导电媒质周围介质中的电场。 一、导电媒质中的电场 导电媒质的主要特征是媒质的电导率0， 某媒质内有电场存在时，就有电流流动，电流场的分布特征用电流密度i来表示。 i与电场强度E的关系为 电流总是由高电位流向低电位方向的 用电流线和等位面对导电媒质中的电场进行直观的几何描述。 电场中各点的电流线总是与通过该点的等位面正交，而电力线正向指向电位降低的方向。 电解加工间隙中的电场分布 间隙中充满高速流动的电解液， 在电场作用下 电解液中 正离子→工具阴极 负离子→工件阳极 工件阳极→工具阴极的正向电流 →构成了电流场。 电解加工过程进入平衡加工状态 电场参数均不随时间变化，只是位置的函数， 间隙电场属于稳恒电流场，而且是无源的稳恒电流场； 电位分布符合拉普拉斯方程 边界条件 边界条件： 将电极与电解液接触界面上的电位分布(大部分为极化电位)归结为阴、阳极极化电位总和 (通常又简化为一常量即分解电压)； 将阴极、阳极表面各视为不同电位的等位面。 即 阳极面上 阴极面上 阳极加工面电解去除速度 阳极加工面电解去除速度与阴极垂直送进速度的关系为： 边界条件 θ为阳极某处电解面的法向与阴极送进速度 的夹角； 沿阳极表面各处法向的电位变化率为： 电解加工间隙中电位分布的数学模型方程组 阳极表面边界条件： 阴极表面边界条件： φ——电场中各点的电位，一般地φ = φ(x、y、z)； U——阳极表面电位值； n——阳极表面各处的法向坐标； θ——阴极送进速度与阳极表面法向之间的夹角； η——电流效率，一般地η = η(i)； η0——θ=0处的η ； i——电流密度，一般认为，间隙中沿阳极表面同一法线上各点的i相同，故可写作i= i(θ) i 0——θ=0处阳极表面法向上的电流密度； к——电解液的导电率，一般地，受电解液浓度、温度和电解液中含气率的影响， к = к(θ) 电解加工间隙中的电场分布 基于电场分布的电解加工成型规律的研究 根据所要电解加工的零件图而设计工具阴极； 根据工具阴极的几何形状预测被加工工件阳极的形状 成型规律，即加工间隙的时、空分布受多种因素的影响 简化电场、近似处理的成型规律 一、简化电场、近似处理的成型规律的研究 (1)沿电流线方向，电位梯度不变；换言之，在同一电流线上，有相同的电场强度。 (2)从阳极等位面(φa=U)开始，到阴极等位面(φc=0)止，电位逐渐减小，等位面与电流线正交，电流线由阳极指向阴极。 (3)取电流效率为常数(对NaCl电解液在任何电流密度条件下可取为常数；对NaNO3电解液在高于一定的电流密度条件下可近似为常数)；在同一电流线上取电解液导电率相同。 简化电场、近似处理的成型规律的研究 在同一电流线上，电流密度相同； 约定加工处于平衡状态，且电解加工间隙很小(0.1～1mm)， 在工件被加工表面法向与工具阴极表面法向间夹角不大的情况下，近似认为电流线同时垂直工件及阴极表面，取电力线的直线长度替代实际呈弧线形状的电力线。 求解电解加工之间隙长度问题就转化为求解相应处电力 线长度的问题，可采用欧姆定律建立起近似(即直线)电流 线长度与加工电压的关系； 基于法拉第电解定律导出阳极表面电解速度的大小以及最终阴、阳极型面相互之间的几何关系。 成型规律的方程组