《特种加工技术》教案设计5.docx

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《特种加工技术》教案设计5

《特种加工技术》教案

2016学年第2学期

课程类型：

理实一体化

授课班级：

15级数控技术

授课教师：

蔡文华

2016年9月21日

一体化教案

课题名称

电化学加工

理论课时

2

课题目标

1．理解电化学加工的原理；

2．掌握电解加工的原理；

3．理解电解加工的基本规律；

4.了解电解加工设备的组成及各部分功用。

实训课时

2

合计课时

4

授课日期

2016.10.15

教具

多媒体、实物、挂图等

教学重点

．掌握电化学加工的应用

教学难点

电解加工的过程及特点。

教学回顾

说明

教学过程

一、组织教学。

（5分钟）

1、点名并登记好出勤情况。

2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。

3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。

二、导入新课。

（5分钟）

广义地，电化学加工是指利用电化学作用机理进行材料加工的方法（包括阳极去除和阴极沉积等）的总称。

在该领域中，最常用的加工类型是基于阳极溶解去除作用加工金属材料的电解加工（英、美、德、俄常以ECM表示电解加工）和基于阴极沉积的电化学沉积（电铸、电镀和涂覆等）。

三、理论新授。

（一）电化学加工（35分钟）（重点讲解）

1、电化学加工的基本原理

一）电化学加工过程

在阴、阳极电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。

利用电化学作用为基础对金属进行加工的方法叫电化学加工。

电解液中的电化学反应

二）电解质溶液

凡溶于水后能导电的物质叫做电解质。

电解质与水形成的溶液简称为电解液。

电解液的重要参数：

浓度；电离；pH值。

三）电极电位与双电层

德国科学家W.Nernst认为：

当把金属插入其盐溶液中时，金属表面上的正离子受到极性水分子的作用，有变成溶剂化离子进入溶液而将电子留在金属表面的倾向。

金属越活泼、溶液中正离子浓度越小，上述倾向就越大。

与此同时，溶液中的金属离子也有从溶液中沉积到金属表面的倾向，溶液中的金属离子

当溶解与沉积过程的速率相等时，即达到动态平衡。

当金属溶解倾向大于金属离子沉积倾向时，则金属表面带负电层，靠近金属表面附近处的溶液带正电层，这样便构成“双电层”（活泼金属）。

相反，若沉积倾向大于溶解倾向，则在金属表面上形成正电荷层，金属附近的溶液带一层负电荷（不活泼金属）。

由于双电层的存在，在正、负电层之间，也就是金属和电解液之间形成电位差。

产生在金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位，因为它是金属在本身盐溶液中的溶解和沉积平衡时的电位差，所以又称为平衡电极电位。

四）电极的极化

极化当有电流通过时，电极的平衡状态被破坏，使阳极的电极电位向正移（代数值增大），阴极的电极电位向负移（代数值减小），这种现象称为极化。

超电位极化后的电极电位与平衡电位的差值称为超电位（或称为过电位）。

2、电化学加工的分类（结合实物讲解）

按作用原理分为三大类：

电化学阳极溶解类；电化学阴极沉积类；电化学复合加工类。

（二）电解加工（20分钟）

1、电解加工的过程及特点（难点，通过观看视频方法讲解）

电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解将工件加工成形。

电解加工示意图

电解加工常用参数范围：

直流电源：

U=5~20V；加工间隙：

Δ=0.1~0.8mm；电解液压力：

P=0.5~2MPa。

1）基本原理

利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成形。

在工件阳极与工具阴极之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙（0.1～0.8mm），间隙中通过高速流动的电解液。

这时，工件阳极开始溶解。

开始时，两极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。

随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。

2）主要特点

（1）加工范围广泛，不受工件材料力学性能的限制；

（2）生产率较高，约为电火花成形加工的5～10倍；

（3）表面质量好，Ra1.25~0.2；

（4）加工表面无残余应力、无毛刺；

（5）阴极理论上不会损耗。

3）局限性

（1）难以获得高加工精度及高加工稳定性；

（2）阴极设计和修正比较困难；

（3）设备投资较多；（4）电解产物可能产生污染，有待处理。

2、电解加工机床

电解加工机床的任务是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，传送电和电解液。

它与一般金属切削机床相比，有其特殊要求：

（1）有足够的刚性

电解加工过程中虽没有机械切削力，但电解液对机床主轴和工作台的作用力是很大的，因此要求机床要有足够的刚性，否则会引起机床部件的变形过大，改变工具和工件之间的相互位置，造成短路烧伤。

（2）稳定的进给速度

如果进给速度不稳定，阴极相对工件的各个截面的电解时间就不同，影响加工精度，尤其对内孔、膛线、花键等截面零件的影响更大。

（3）防腐绝缘与好的安全措施

电解加工机床经常与具有腐蚀性的工作液接触，因此机床要有好的防腐措施和安全措施。

3、电解液循环系统

（三）电化学加工基本规律（3B）（15分钟）

1、电化学加工生产率及影响因素

电化学加工生产率是指单位时间内去除或沉积的金属量。

用mm3/min或g/min表示。

它首先取决于工件材料的电化学当量，其次与电流密度有关，电解液及其参数也会影响到生产率

2、电流密度和生产率的关系

Va＝ωi

式中Va——金属阳极（工件）的蚀除速度，mm/min；

i——电流密度，A/mm2。

由上式可知，蚀除速度与该处的电流密度成正比，电流密度越高，蚀除速度和生产率越高。

3、电极间隙大小和蚀除速度的关系

Va＝ωσUR/Δ

由上式可知，蚀除速度Va与体积电化学当量ω、导电率σ、欧姆压降UR成正比，与电极间隙△成反比，即电极间隙越小，工件被蚀除的速度越大。

但间隙过小将引起火花放电或电蚀产物排泄不畅，反而降低蚀除速度或被脏物堵死而引起短路。

四、小结（5分钟）

1、了解电化学加工过程；

2、了解电化学加工机床的结构。

五、实操

（一）电解加工工艺及其应用（40分钟）

1、深孔扩孔加工

优点：

设备简单，操作方便，生产率高

缺点：

电源功率较大，加工精度及Ra不太均匀，阴极刚性弱

2、型孔加工（结合实物讲解）

用于形状复杂、尺寸较小的型孔加工，如四方孔、椭圆等非圆形状的通孔或不通

孔的加工。

多采用端面进给方式,阴极侧面须绝缘。

内锥面高度1.5～3.5mm。

3、型腔加工

用于尺寸较大、形状复杂的型腔加工，生产率高，表面质量好，但加工精度不太高。

多用于锻模型腔加工，精度控制在±0.1～0.2mm。

也采用端面进给法。

阴极设计制造是关键。

用成型精度高的电解液或混气加工时，阴极设计较易。

为使流场均匀，阴极对应处加开增液孔。

近年发展用简单形状电极的数控电解加工，柔性好，减少准备时间，电源容量小，但加工速度降低支撑螺柱与上机头部件产生碰撞示意图

（二）电解磨削（结合实物讲解）（30分钟）

1、电解磨削的基本原理和特点

电解磨削属于电化学机械加工范畴。

电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的，比电解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。

与电解磨削相近似的还有电解珩磨和电解研磨。

图中1为磨粒，2为导电砂轮的结合剂（钢或石墨），3为被加工工件，

图中1为磨粒，2为导电砂轮的结合剂（钢或石墨），3为被加工工件，4为电解产物（阳极钝化薄膜），间隙被电解液5充满。

电流从工件3通过电解液5而流向磨轮，形成通路，于是工件（阳极）表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用（电化学腐蚀），被氧化成为一层极薄的氧化物或氢氧化物薄膜4，一般称它为阳极薄膜。

2、电解磨削的特点

优点:

加工范围广,加工效率高（3~5倍）；可以提高加工精度及表面质量；砂轮的磨损量小。

缺点:

刀具的刃口不易磨得非常锋利；设备需要防蚀防锈处理；需要吸气和排气装置；需要电解电源、电解液及循环装置。

3、电解抛光的原理

电解抛光也是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解对工件表面进行腐蚀抛光的，它只是一种表面光整加工方法，用于改善工件的表面粗糙度和表面物理力学性能，而不用于对工件形状和尺寸加工。

它和电解加工的主要区别是工件和工具之间的加工间隙大，这样有利于表面的均匀溶解；电流密度也比较小；电解液一般不流动，必要时加以搅拌。

4、电解抛光的应用

电解抛光能降低零件的表面粗糙度、控制材料宏观不平度、增加表面光泽、减小摩擦系数。

故在很多场合可替代机械抛光。

可较大幅度的提高生产率，降低材料、工具、设备、电力等的消耗。

因此电解抛光在轴承、反光罩、切削工具、计量工具、自行车零件、纺织机械零件及医疗器械等的加工中有广泛的应用。

六、实操小结。

（3分钟）

了解电化学加工设备及加工规律。

七、课后作业。

（2分钟）

电化学加工原理、特点？

八、整理清洁。

（5分钟）

1、设备恢复和整理

2、整理工量具

3、教学场地的清洁

4、人走五关（关门、关窗、关灯、关风扇、关工具箱）