也稱電解加工。是利用金屬在外電場作用下的高速局部陽極溶解過程,實現金屬成型加工的工藝。

  特點 電化學反應過程的特點有:①高速,反應速率遠遠高於其他的電化學工藝,其電流密度達到10~500安/釐米2;②兩電極的距離很小,約為0.1~1毫米,且陰極對陽極(被加工的工件)作相對運動;③電解液在電極間隙高速通過,具有高液壓(5~20千克力//厘米2)、高流速(5~60米/秒),帶走反應中產生的大量金屬溶解產物和氣體以及熱量。其流體動力學狀態至為復雜。

  電解加工工藝與一般的機制工藝相比較,具有以下特點:①能同時進行三維的加工,一次加工出形狀復雜的型面、型腔、異形孔;②由於加工中工件與刀具(陰極)不接觸,不會產生切削力和切削熱,不生成毛刺;③與材料的機械性能(如硬度、韌性、強度)無關,因此可加工一般機制工藝難以加工的高硬度、高韌性、高強度材料,如硬質合金、淬火鋼、耐熱合金、鈦合金,但與材料的電化學性質、化學性質、金相組織密切有關。

  簡史 1958年美國阿諾卡特公司首先研制出世界第一臺電解加工機床,用於葉片加工。此後,日本和西方各國相繼研究和生產瞭多種電解加工機床,使這一工藝得到日益廣泛的應用。中國電解加工工藝始於60年代初,首先用於航空工業中加工葉片,兵器工業加工大炮膛線,後來推廣到其他民用工業,如汽車、拖拉機制造業加工鍛模,汽輪機制造業加工整體葉輪,還用於花鍵、異形孔的加工。

  工藝 加工過程的簡略說明見圖。

  工件和陰極(又叫工具電極,相當於刀具)分別接在直流電源的正負極。電解液由液泵經管路高速通過工件和陰極之間狹小的間隙。通電後工件發生電化學陽極溶解,當陽極均勻進給時,工件就可按照陰極的形狀不斷溶解,形成和陰極相反的型面和型腔。

  由此可見,電解加工的工藝設備包括三部分:電解加工機床、直流電源、電解液系統。對於電解加工機床的基本要求是進給速度均勻穩定、足夠的剛性和必要的抗蝕性、排氣措施。對於直流電源的要求是:高的穩壓精度和迅速、可靠的短路保護裝置。這是因為電解加工時電流很大(100~20000安),電極間隙小,為瞭保證加工精度和避免燒損短路,應該重視上述兩項指標。對於電解液系統則要求供液穩定,並具有處理電解產物的能力。

  電解加工的工藝質量指標包括加工精度和表面質量兩方面。前者系指復制精度、重復精度。它們和工件的形狀有關,一般可達到0.02~0.03毫米。電解加工後工件的表面光潔度可以達到▽7~▽9級,它和被加工對象的材質、電解液、工藝參數有關,若選擇不當則可能出現點蝕、流紋和晶間腐蝕。

  決定電解加工質量的因素很多,除瞭工藝設備的可靠性,在工藝方面最重要的是電解液的選擇和陰極的設計。為瞭提高加工精度,對於電解加工的電解液的一個特殊要求是:希望它具有盡可能低的分散能力,這將使工件的陽極溶解限制在有限的區域,從而得到所需的形狀。電解液還應有較高的電導、較低的粘度,以保證良好的導電性和流動性。由於電解加工電解液的用量甚大(每1000安加工電流需3~5立方米電解液),因此要求它安全、無毒、價廉、穩定。完全滿足上述要求是困難的,國內外廣泛應用的電解液有三種,即氯化鈉、硝酸鈉、氯酸鈉的水溶液,其性能特點各不相同,如表1所示:

表1 電解加工常用電解液的特點

  對於不同的材質,電解液組分和濃度都應精心選擇,表2所介紹的電解液配方是中國電解加工研究者通過試驗研究和生產實踐提出的。

表2 常用金屬材料電解加工的電解液

  陰極設計是電解加工工藝的另一個特殊問題,稱為成型規律,本質上屬於電場的分佈和電流密度的分佈問題。由於電解加工的間隙極小,電場和流場十分復雜,難以直接測量有關參數,雖然提出過一些理論,但尚不成熟,目前陰極設計仍以經驗或半經驗方式進行。

  總之,電解加工由於具有前述的特點得到應用和發展。但是它也有加工精度較低、不夠穩定、設備龐雜、腐蝕等缺點,所以其應用場合是有限的,一般作為特殊條件下常規機制工藝的補充。

  

參考書目

 李向榮等編:《機械工程手冊》,第9卷,機械工業出版社,北京,1982。