電解磨削加工山東大學機械工程學院高效潔凈機械制造教育部重點實驗室20131234目錄電解磨削加工原理電解磨削加工特點電解磨削加工工藝電解磨削加工設備LOGO1.電解磨削加工原理電解磨削時,硬質合金工件接直流電源正極,導電砂輪接直流電源負極,兩者之間保持一定的接觸壓力,工件與砂輪表面突出的磨粒保持一定的電解間隙,電解液噴嘴向間隙中供給電解液。當接通電源后,工件表面發生電化學反應,硬質合金被電解,并在其表面上形成一層極薄的氧化膜(電解膜),其硬度遠低于硬質合金本身。這層氧化膜被高速旋轉的金剛石砂輪磨粒不斷的刮除并隨著電解液帶走，使工件表面的新材料漏出,繼續產生電解反應。電解和氧化膜的刮除交替進行，使硬質合金連續加工形成光滑的表面并達到一定的加工精度。主軸電刷直流電源導電砂輪電解液噴嘴工件磨粒圖1：電解磨削加工原理圖LOGO

硬質合金是以堅硬的碳化物（）為主要成分，以添加金屬（）為粘結劑，經壓制燒結而成。電解磨削過程主要是陽極電化學反應過程?，F以亞硝酸鹽為主要成分的電解液加工硬質合金為例，說明其電化學反應過程。

一.陽極電化學反應

（１）鈷的氧化反應（金屬鈷在1.2V時開始溶解）。

（２）碳化鈦、碳化鎢的氧化反應（碳化鎢溶解是從1.7Ｖ開始，碳化鈦到3.0V才開始溶解）在以亞硝酸鹽為主要成分的電解液中，碳化鈦、碳化鎢的陽極氧化，主要是由于具有氧化性的氧化作用的結果。其過程是亞硝酸根離子首先在陽極上氧化，并生成，再與碳化鈦、碳化鎢作用，使之氧化。LOGO

反應中產生的一氧化氮，由于電極上氧或原子氧的作用，立即被氧化為二氧化氮，生成的二氧化氮一部分放出，一部分溶于堿性溶液中，再生成亞硝酸鹽。或陽極上除了亞硝酸根離子被氧化外，溶液中的水分子或氫氧根離子也可能在陽極上放電，生成原子氧。（中性介質中）（堿性介質中）生成的原子氧，一部分互相化合生成氧氣而放出，一部分吸附在活化金屬的表面，使殘留的碳化鎢、碳化鈦發生氧化LOGO雖然陽極上產生的和原子氧都能使碳化鈦、碳化鎢發生氧化，但在亞硝酸鹽為主要成分的電解中，的作用是主要的。在生成高價氧化鎢的同時，也有一些低價氧化鎢生成。各種氧化鎢生成的量，在很大程度上取決于陽極氧化電位，氧化電位越高，生成高價氧化鎢俞容易，氧化電位越低，生成低價氧化鎢俞容易。生成的在堿性溶液中，將進一步發生化學溶解：二.陽極鈍化反應

電解磨削過程也是工件表面鈍化——活化不斷交替進行的過程。根據電化學反應理論，鈍化是由于吸附的或成相的氧化層或鹽層在工件表面上形成，而使金屬的陽極溶解過程的電位升高或是這一過程減慢。（1）鈷的鈍化反應LOGO（2）鎢的鈍化反應（3）鈦的鈍化反應

三.陰極的電化學反應熱力學數據和實驗表明，陰極電化學反應主要是氫氣的析出。

但是在某些情況下，也可能有其他副反應發生，如金屬離子的還原或其氧化物的沉積等。LOGO2.電解磨削加工特點生產率高表面質量好精度高砂輪損耗小LOGO3.電解磨削加工工藝（一）主要工藝參數（1）電流密度及電壓電解磨削過程中，生產率隨電流密度的增大而提高，電流過大或過小都會降低加工精度及表面質量。電解磨削硬質合金時，電流密度在110A/cm2時生產率最高，實際所用的電流密度為15-60A/cm2，電壓為7-10V。粗磨時電流密度為20-30A/cm2，精磨時5-6A/cm2。電解磨削電壓不宜過高，否則會產生大量電火花，加劇砂輪磨損，降低工件表面質量。（2）加工間隙在一定的電壓下，加工間隙小，可獲得較高的電流密度，提高生產率，是加工表面平整，精度高。但是間隙過小，電解液就不易引進或分布不均，容易引起火花放電，加劇砂輪的磨損。一般采用的加工間隙為0.025-0.05mm。（3）磨削壓力磨削壓力增大，生產率也增大，隨著壓力的不斷增大，電解間LOGO隙相應減小，容易產生火花放電，并使砂輪磨損加劇。磨削壓力過低，氧化膜去除不充分，加工效率和表面質量都隨之降低。因此磨削壓力應以不產生火花放電并能充分刮除氧化膜為原則。一般磨削壓力推薦使用0.2-0.25MPa（4）工件與磨輪的接觸面積接觸面積增大，直流電源能自動輸入較大的電流而使生產率提高，并且表面質量良好。因此電解磨削時，應使砂輪與工件保持最大的接觸面積。（5）砂輪轉速增大轉速，可使電解間隙中的電解液供應充分、交替迅速，同時提高機械磨削作用，是生產率提高。一般砂輪線速度為1200-2100m/min。（6）電解液供給量電解液的流量應保證充分并均勻地進入電解間隙。提高電解液流速可提高加工速率，但電解液流速過大,容易四處飛濺,操作不便,且飛濺到工件不加工部位,會引起不必要的腐蝕。一般立式電解平面磨床電解液的流量為5-15L/min,內外圓電解磨床電解液流量為1-6L/min。

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（二）工件蝕除速度陽極金屬溶解的質量金屬的體積為式中，為陽極溶解的金屬質量（）和體積（）；

為金屬的質量電化當量（）；為通過兩相界面的電量（）；為電流強度（）；為電流通過的時間（）；為金屬的密度（）；為金屬的體積電化當量（）。實際溶解的金屬比計算值低，引入電流效率。

影響電流效率的主要因素有：加工電流密度；陽極金屬材料一電解液成分的匹配以及電解液的濃度、溫度等工藝條件。LOGO工件的實際蝕除量為：

質量：

體積：加工外圓時，徑向長度蝕除速度為：又因為（為電解液的電阻率）所以

LOGO（三）提高生產率的途徑提高生產率的途徑提高電流密度升高工作電壓縮小電解間隙增大磨輪與工件間的導電面積減小電解液的電阻率LOGO（四）影響加工精度的因素LOGO4.電解磨削加工設備

電解磨削加工設備一般采用普通機床改裝成電解磨削機床。電源設備一般采用整流器。機床改裝的一般原則：（1）盡可能利用原有機床機構，這樣可以縮短改裝時間。（2）機床改裝后，應具有良好的絕緣性。一般絕緣電阻不小于0.5兆歐。電解液輸送泵的底座不要和機床直接連接，若必要連接時，應在其間加以絕緣。（3）機床和夾具的精度必須滿足零件精度的要求。（4）要有完整的電解液輸送系統及防護裝置，保證電解液不進入機床的潤滑面和電動機中以防止電解液四處飛濺。（5）加工時盡量是電流不通過滾珠軸承，否則軸承因電觸而加快磨損，從而降低了機床的精度。（6）應具有抽走有害氣體的裝置。

LOGO（7）加工光潔度較高的零件時，電解液應采取一定的過濾方法，以保持電解液的清潔。直流電源設備主要采用硅（硒）整流器，也可以采用直流發電機，其規格按零件大小及電流密度選取。采用硅（硒）整流器時，整流器應采用全波整流，盡可能無級調節電壓，并有過電流、過電壓保護裝置。為了減少導電回路的功率損耗，導線截面積盡可能地大些，導線長度應短些，導線接頭的接觸要良好。為了便于反接處理磨輪，最好裝有正負極換向開關。電解磨削外圓，有中技法和導電磨輪磨削法兩種。目前用的最廣泛的是中極法。與導電磨輪電解磨削外圓的方法不同之處在于陰極和磨輪是分開的，在整個加工過程中，金屬的去除主要靠陽極（工件）與輔助陰極之間的電解作用，砂輪只起到刮除氧化膜整平工件的作用。中極磨削的主要特點是：（1）機床的改裝較簡單，只需增加一個輔助陰極機構與兩個絕緣頂尖。

LOGO（2）由于磨輪與陰極是分開的，磨輪可采用普通砂輪。

（3）陰極導電面積較大，所以電流強度大，生產率均比用導電磨輪電解磨削和電火花磨削高。在加工過程中，陰極能始終保持光滑平整，有利于提高精度和光潔度。

電解磨削機床改裝

一、機床的絕緣

在機床的改裝的過程中，首先

要考慮絕緣問題。中極法機床改裝

的絕緣部位是床頭、兩端頂尖和陰

極。

1.床頭的絕緣

在考慮床頭絕緣時，盡可能避

免電流直接通過頂尖傳到工件上。

若頂尖與工件接觸面積小，則接觸電阻就增大，在工件與頂尖接觸處產生的熱量大，從而加劇了頂尖和中心孔的磨損，影響加工精度。普通砂輪工件陽極電解液噴嘴中間電極電源圖2：中間電極法電解磨削結構簡圖LOGO2.頂尖絕緣頂尖要求具有良好的絕緣性、剛性、耐腐蝕性及耐磨性，且制造簡單。頂尖絕緣常用的材料有環氧樹脂、有機玻璃和夾布膠木等。實踐證明，夾布膠木被電解液侵蝕后絕緣性不好。有機玻璃雖然絕緣性能較好，但用其作定位基準，剛性較差，不能滿足要求。目前普遍采用環氧樹脂，它的絕緣性和剛性都比前兩種材料要好。

3.陰極絕緣陰極固定在陰極托架上，兩者之間用有機玻璃板絕緣。二、陰極及陰極托架

1.陰極的設計與制造對于中極法電解磨削外圓而言，陰極主要是保證導電面積盡可能大的情況下，使電解液順利地流入極間間隙中，同時使電解液分布均勻。

1）.陰極工作型面圓弧半徑R

LOGO式中-工件直徑；-極間間隙。2）.陰極型面弧長陰極型面弧長的大小，直接影響到生產率的高低。當弧長太短時，會使導電面積減小，故生產率下降。當弧長太長時，電解面積增大，電流也相應的增大，生產率提高。但是電解液流通與電解產物的及時排除都要受到一定的影響，故型面圓弧長度要根據實際工作條件來確定。一般為工件圓周的四分之一到五分之二。

3）.陰極的寬度陰極寬度一般取工件長度大2mm。