早在1833年,英国科学家法拉第就提出了法拉第定律,奠定了电化学学科的理论基础。但是,直到百年之后,才逐渐开始出现电解抛光等工艺方法。电解加工于20世纪50年代中期在苏联和美国开始应用,从此,作为一门先进制造技术,电解加工得到不断发展、应用和创新。
电解加工
基于金属在一定浓度的电解液中的电化学阳极溶解原理,并通过工具阴极(或称工具、电极、阴极)将毛坯工件按一定尺寸和形状加工成形的特种加工技术。
- 英文名称
- electrolytic machining
- 所属学科
- 机械工程
工件接直流或脉冲电源的正极,为阳极。按所需形状制成的工具接直流电源的负极,为阴极(见图)。加工电压一般为6~40伏。两极之间保持微小的加工间隙(一般为0.1~0.8毫米),电解液从两极间隙中高速(一般为5~60米/秒)流过。加工时工具阴极向工件阳极进给,两极之间产生电化学反应,电流密度可达10~100安/厘米2,甚至更高。此时在工具阴极表面析出氢气,在相对于阴极的工件表面上,金属材料不断地被溶解到电解液中,电解产物、焦耳热等被高速电解液流带走。随着加工进行,工件阳极的溶解速度和工具阴极的进给速度趋于一致,电解加工进入平衡状态,在工件的相应表面上就加工出与阴极型面相近似的形状。
①不受金属材料力学性能限制,加工范围广。可以加工各种高硬度、高强度和高韧性的难加工金属材料(如淬火钢、高温合金和钛合金等)。②加工效率高。加工效率随加工电流密度和加工面积增大而增大,约为通常电火花成形加工的5~10倍;对于难切削金属材料、复杂的型腔型面等,比一般机械切削加工效率高出3~5倍。③工具电极不损耗。④加工中无机械切削力,加工后零件表面无残余应力、无毛刺、无再铸层。⑤能以简单的进给运动一次加工出复杂的型腔或型面。⑥加工成本低,适于批量生产。
电解加工存在的问题是加工间隙受许多参数的影响,不易严格控制,因而加工精度易波动,稳定性不易控制,并难以加工尖角。此外,设备投资较大,需要考虑电解产物的处理和回收等。
电解加工对于难切削材料、复杂形状零件的批量生产无疑是一种高效率、高表面质量、低成本的加工方法。已成功应用于航空航天、兵器、汽车、能源、模具等诸多领域的难加工材料复杂型面、型腔、异形孔和薄壁零件的加工。例如航空发动机叶片、整体叶盘、机匣、气膜冷却孔、航天火箭发动机整体叶轮、炮管膛线、锻模、异形深小孔、内齿轮和花键孔等,还可用于去毛刺、抛光、刻印等。
电解加工也可和其他加工方法复合,形成新的复合加工方法,以发挥各自优势,扬长避短。例如电解磨削加工、电解研磨复合抛光,电解-电火花复合加工等。
同时,在微细结构件制造方面,与大多数以微团的形式去除材料的制造技术(例如切削加工、激光加工、放电加工)不同,在电解加工过程中,材料的转移是以离子尺度进行的,因此与其他制造技术相比,微细电解加工在原理上具有先天的优势,可以实现非常微细、精密的零件加工,在微细制造领域、以至于纳米制造领域有着很大的优势和发展潜力。
条目图册
扩展阅读
- 北京市《金属切削理论与实践》编委会.电解加工.北京:北京出版社,1981.
- 刘晋春,白基成,郭永丰,等.特种加工.5版.北京:机械工业出版社,2008.
- 徐家文,云乃彰,王建业,等.电化学加工技术-原理·工艺及应用.北京:国防工业出版社,2008.