第三章电化学加工课件

非傳統加工第三章電化學加工作者:許 坤 明 副教授 編著學學歷：國立交通大學歷：國立交通大學材料科學與工程研究所博士材料科學與工程研究所博士現任現任:國立虎尾科技大學國立虎尾科技大學 機械製造工程系機械製造工程系 副教授副教授非傳統加工第三章電化學加工作者:許坤明副教授編著學1第三章 電化學加工Electrochemical Machining n第一節 電化學加工的基本概念n第二節 電化學加工的分類及特點n第三節 電解加工n第四節 電解磨削n第五節 電鑄n第六節 電刷鍍第三章電化學加工ElectrochemicalMac2第一節 電化學加工的基本概念n3-1-1 電化學反應n3-1-2 電極電位第一節電化學加工的基本概念3-1-1電化學反應3電化學反應過程電化學反應過程電化學反應過程4產生於金屬和該金屬鹽類溶液之間之電位差金屬的電極電位 金屬在本身鹽類溶液中的溶解和沉積達到互相平衡時的電位差 平衡電極電位 產生於金屬和該金屬鹽類溶液之間之電位差金屬的電極電位金屬在5n電子得到與失去的反應過程於電雙層上進行活潑金屬的電雙層不活潑金屬的電雙層 電子得到與失去的反應過程於電雙層上進行活潑金屬的電雙層不活潑6鐵與鐵與FeCl2FeCl2水溶液接觸水溶液接觸 鐵離子與水分子作用(溶解、氧化反應)靜電力作用(沉澱、還原反應)鐵與FeCl2水溶液接觸鐵離子與水分子作用靜電力作用7第三章电化学加工课件8第三章电化学加工课件9(3-1)E-平衡電極電位(V)E-標準電極電位(V)n-電極反應得失電子數，即離子價數a-離子的有效濃度“”號用於計算金屬“一”號用於計算非金屬的電極電位(3-1)E-平衡電極電位(V)10第二節 電化學加工的分類及特點n3-2-1 電化學加工的分類n3-2-2 電化學加工的特點第二節電化學加工的分類及特點3-2-1電化學加工的分類11電化學陽極溶解加工 電解加工電解拋光 電化學陽極溶解加工電解加工電解拋光12電化學陰極沉積、塗覆加工 電鍍電鑄電化學陰極沉積、塗覆加工電鍍電鑄13電化學複合加工 電化學加工 機械加工電解磨削電化學複合加工電化學加工機械加工電解磨削14類別加工方法(及原理)加工類型電解加工(陽極溶解)電解拋光(陽極溶解)用於形狀、尺寸加工用於表面加工，去毛邊電鍍(陰極沉積)局部塗鍍(陰極沉積)複合電鍍(陰極沉積)電鑄(陰極沉積)用於表面加工，裝飾用於表面加工，尺寸修復用於表面加工，磨具製造用於製造複雜形狀的電極電解磨削，包括電解珩磨、電解研磨(陽極溶解、機械刮除)電解放電複合加工(陽極溶解，放電蝕除)電化學陽極機械加工(陽極溶解、機械刮除)用於形狀、尺寸加工，超精、光整加工，鏡面加工用於形狀、尺寸加工用於形狀、尺寸加工，高速切斷、下料電化學加工的分類表類別加工方法(及原理)加工類型電解加工(陽極溶解)用於形狀15不受材料強度、韌性及硬度限制 廢氣或廢液會對環境造成污染、也會對設備產生腐蝕作用 表面無淬火層、殘餘應力、毛邊或稜角 可在大面積上同時進行電化學加工的特點不受材料強度、韌性及硬度限制廢氣或廢液會對環境造成污染、表16第三節 電解加工Electrolytic Machining n3-3-1 電解加工原理n3-3-2 電解加工的極性反應n3-3-3 電解加工的電壓n3-3-4 電解加工特點n3-3-5 電解液n3-3-6 電解加工之加工參數n3-3-7 混氣電解加工n3-3-8 電解加工的應用第三節電解加工ElectrolyticMachini17電解加工示意圖電解加工示意圖18於NaCl水溶液中電解加工鐵基合金 水(H2O)NaCl解離 於NaCl水溶液中電解加工鐵基合金水(H2O)NaCl解19陽極反應時的電極電位E 負的氯離子被陽極吸引負的氫氧根離子被陽極吸引正的二價或三價鐵離子溶解進入電解液中陽極反應時的電極電位E負的氯離子被陽極吸引負的氫氧根離子被20生成沉澱而離開反應系統，沉澱為墨綠色的絮狀物逐漸氧化為 的黃褐色沉澱(鐵銹)生成沉澱而離開反應系統，沉澱為墨綠色的絮狀物逐漸氧化為的黃21陰極反應時的電極電位E 正的氫離子被吸引到陰極表面 正的鈉離子被吸引到陰極表面 陰極反應時的電極電位E正的氫離子被吸引到陰極表面正的鈉離22電解加工的電壓 電解加工間隙內的電壓分佈EER+Ea+E0EEa+E0陽極溶解速度為零 溶解速度高電解加工的電壓電解加工間隙內的電壓分佈EER+Ea+E023加工電壓E(20V)5%30%抵消極化產生的反電勢70%95%克服間隙電阻產生加工電流陽極極化極化程度不大電流效率接近接近100%100%極化程度嚴重電流效率低於低於100%100%電流消耗於副反應中 極化程度十分嚴重電流效率=0=0金屬溶解是唯一的陽極反應加工電壓E(20V)5%30%抵消極化產生的反電勢70%24電解加工特點 加工範圍硬質合金葉片韌性金屬耐熱合金加工速度不受加工精度和表面粗度限制平均加工精度可達0.1mm左右表面粗糙度Ra可達1.25-0.2um無機械切削力陰極工具消耗柱少加工穩定性較低電解產物容易污染環境機台需有足夠剛性和防腐性電解加工特點加工硬質合金葉片韌性金屬耐熱合金加工速度不受加25混氣電解加工 n混氣電解加工就是將一定壓力的氣體(二氧化碳、氮氣或壓縮空氣等)用混氣裝置使其與電解液混合在一起，然後送入加工區中進行電解加工。混氣電解加工混氣電解加工就是將一定壓力的氣體(二氧化碳、氮26電解加工的應用 n電解加工主要應用在深孔加工、型面加工、型腔加工、管件內孔拋光、各種型孔的倒圓角和去毛邊、整體葉片的加工、砲管內孔及膛線的加工、螺旋花鍵孔的加工等。電解加工的應用電解加工主要應用在深孔加工、型面加工、型腔加27n、深孔擴孔加工n深孔擴孔加工按陰極的運動形式，可分為固定式和移動式兩種n其優點有 n1.一是設備簡單，只需套夾具來保持陰極與工件的同心及起導電和引進電解液的作用 n2.由於整個加工面同時電解，故生產率高 n3.操作簡單。但是，陰極要比工件長一些，所需電源的功率較大、深孔擴孔加工28固定式陰極深孔擴孔原理圖固定式陰極深孔擴孔原理圖29面進給式型孔加工 n對於些形狀複雜、尺寸較小的四方，六方、橢圓、半圓等形狀的通孔和不通孔，機械加工很困難。如採用電解加工，則可以提高生產效率及加工質量。型孔加工一般採用端面進給方式，為避免錐度，陰極側面必須絕緣。面進給式型孔加工對於些形狀複雜、尺寸較小的四方，六方、橢圓30面進給式型孔加工示意圖 面進給式型孔加工示意圖31桿型腔模的電解加工n桿型腔模的電解加工為加工連桿、撥叉類鍛模，陰極端面上開有兩孔，孔間有一長槽貫通，電解液從孔及長槽中噴出。一般加工參數條件為，電壓815V，電流密度2090A/cm2，進給速度0.41.5mm/min，電解濃為8%12%濃度的氯化鈉溶液，壓力為0.52MPa，桿型腔模的電解加工桿型腔模的電解加工為加工連桿、撥叉類鍛模，32桿型腔模的電解加工 桿型腔模的電解加工33葉片加工 n葉輪上的葉片是逐個加工的，加工完一個葉片，退出陰極，分度後再加工下一個葉片。加工前之葉片是經精密鑄造，機械加工，拋光後鑲到葉輪輪緣的榫槽中，再銲接而成。葉片加工葉輪上的葉片是逐個加工的，加工完一個葉片，退出陰極34電解加工整體葉輪電解加工整體葉輪35電解倒稜角去毛邊 n齒輪的電解去毛邊裝置，工件齒輪套在絕緣柱上，環形電極工具也靠絕緣柱定位安放在齒輪上面，保持適當間隙(根據毛邊大小而定)，電解液在陰極端部和齒輪的端面齒面間流過，陰極和工件間通上20V以上的電壓(電壓高些，間隙可大些)即可去除毛邊。電解倒稜角去毛邊齒輪的電解去毛邊裝置，工件齒輪套在絕緣柱上36齒輪的電解去毛邊 齒輪的電解去毛邊37電解刻字 n電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大約0.1mm的電解間隙，中間滴注少量的鈍化型電解液，即可在短時間內完成工件表面的刻字工作，目前可以做到在金屬表面刻出黑色的印記，也可在經過發藍處理的表面上刻出白色的印記。電解刻字電解刻字時，字頭接陰極，工件接陽極，二者保持大約038電解刻字示意圖電解刻字示意圖39電解磨削 n電解磨削是，結合電解與機械的複合加工法。電解磨削比電解加工具有更好的加工精度和表面粗糙度，比機械磨削有較高的生產率。電解磨削電解磨削是，結合電解與機械的複合加工法。電解磨削比40電解磨削的加工原理 電解磨削的加工原理41電鑄原理 n電鑄加工的原理如圖所示，用可導電的原模作陰極，用電鑄材料(例如紅銅)作陽極，用電鑄材料的金屬鹽(例如硫酸銅)溶液作電鑄鍍液，在直流電源接通下，電鑄液中的金屬離子（正離子）在陰極（工件）上得到電子後還原為金屬沈積於蕊模表面。電鑄原理電鑄加工的原理如圖所示，用可導電的原模作陰極，用電42電鑄原理電鑄原理43電刷鍍 n電刷鍍的原理如圖所示，電源的負極接於工件，正極接於鍍筆，鍍筆上的不容性陽極用棉花、海綿或泡沫塑料將其包好，蘸上電鍍液直接與工件接觸即可電鍍。加工時將電源接通並轉動工件。電刷鍍電刷鍍的原理如圖所示，電源的負極接於工件，正極接於鍍44電刷鍍的原理 電刷鍍的原理45