电解加工：高效率且精度可控的加工方法

电解加工是基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。

1.电解加工的基本原理及特点

电解加工时，工件接直流电源的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。

图4-2　电解加工原理图

电解加工对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。电解加工已获得广泛应用，如炮管膛线、叶片、整体叶轮、模具、异型孔及异型零件、倒角和去毛刺等加工。并且在许多零件的加工中，电解加工工艺已占有重要甚至不可替代的地位。

与其他加工方法相比，电解加工具有如下特点：

（1）加工范围广。电解加工几乎可以加工所有的导电材料，并且不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的金相组织基本上不发生变化。它常用于加工硬质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。

（2）生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。电解加工能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比例地增加。据统计，电解加工的生产率为电火花加工的5～10 倍，在某些情况下，甚至可以超过机械切削加工。

（3）加工质量好。可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。

①加工精度（mm）：型面和型腔为±（0.05～0.20）；型孔和套料为±（0.03～0.05）。

②表面粗糙度（μm）：对于一般中、高碳钢和合金钢，可稳定地达到Ra=1.6～0.4，有些合金钢可达到Ra=0.1。

（4）可用于加工薄壁和易变形零件。电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。

（5）工具阴极无损耗。在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应，所以没有损耗。只有在产生火花、短路等异常现象时才会导致阴极损伤。(www.xing528.com)

电解加工也具有一定的局限性，主要表现为：

（1）加工精度和加工稳定性不高。电解加工的加工精度和稳定性取决于阴极的精度和加工间隙的控制。而阴极的设计、制造和修正都比较困难，阴极的精度难以保证。此外，影响电解加工间隙的因素很多，且规律难以掌握，加工间隙的控制比较困难。

（2）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。同时，电解加工所需的附属设备较多，占地面积较大，且机床需要足够的刚性和防腐蚀性能，造价较高。因此，批量越小，单件附加成本越高。

2.电解加工工艺及其应用

1）型孔加工

在生产中往往会遇到一些形状复杂，尺寸较小的四方、六方、椭圆、半圆形等形状的通孔和不通孔，机械加工很困难，如采用电解加工，则可大大提高生产效率及加工质量。型孔加工一般采用端面进给法，为了避免锥度，阴极侧面必须绝缘。绝缘层要黏结得牢固可靠。因为电解加工过程中电解液有较大的冲刷力，易把绝缘层冲坏。绝缘层的厚度，工作部分为0.15～0.20 mm，非工作部分可为0.3～0.5 mm。为了提高加工速度，可适当增加端面工作面积，使阴极内圆锥面的高度为1.5～3.5 mm，工作端及侧成型环面的宽度一般取0.3～0.5 mm，出水孔的截面积就大于加工间隙的截面积。

2）深孔扩孔加工

深孔扩孔加工按阴极的运动形式，可分为固定式和移动式两种。

固定式即工件和阴极间没有相对运动。其优点一般是设备简单，只需一套夹具来保持阴极与工件的间隙及起导电和引进电解液的作用；二是由于整个加工面同时电解，故生产率高；三是操作简单。但是，阴极要比工件长一些，所需电源的功率较大，电解液在进出口处的温度及电解产物含量等都不相同。

移动式加工通常是将零件固定在机床上，阴极在零件内孔做极向移动，多采用卧式。移动式阴极较短，精度要求较低，制造容易，可加工任意长度的工件而不受电源功率的限制。但它需要有效长度大于工件长度的机床。同时工件两端由于加工面积不断变化而引起电流密度不断变化，故出现收口和喇叭口，需采用自动控制。

阴极设计应结合工件的具体情况，尽量使加工间隙内各处的流速均匀一致，避免产生涡流及死水区，扩孔时如果设计成圆柱形阴极，则由于实际加工间隙沿阴极长度方向变化，结果越靠近后段流速越小。如设计成圆锥阴极，则加工间隙基本上是均匀的，因而流场也均匀，效果较好。为使流场均匀，在液体进入加工区以前，以及离开加工区以后，设置导流段，避免流场在这些地方发生突变，造成涡流。

3）型腔加工

多数锥膜为型腔膜，目前大多采用电火加工。因为电火加工的精度比电解加工易于控制，但由于电火加工的生产率低，因此对锥膜消耗量比较大、精度要求不太高的煤矿机械，汽车拖拉机等制造厂，近年来逐渐采用电解加工。

型腔膜的成型表面比较复杂，当采用硝酸钠、氯酸钠等成型精度好的电解液加工时，或采用混气电解加工时，阴极设计还较容易，因为加工间隙比较容易控制，还可采用反拷法制造阴极。当用氯化钠电解液而又不混气时，较复杂。阴极设计的主要任务就是从被加工零件图纸出发，根据平衡间隙理论，确定各处的间隙大小，并在实践中根据电场、流场的情况，再修正阴极的形状尺寸，以保证电解加工的零件精度，一般说来比较费事。