电解加工设备主要由机床、加工电源、电解液系统及相应的操作控制系统等部分组成，如图5.1-3所示。
国内主要电解加工设备型号、性能、规格，见表5.1-10。
表5.1-10 国内主要电解加工设备型号、性能、规格
（续）
（续）
（续）
5.1.2.1 电解加工机床
电解加工机床的主要结构类型见表5.1-11。
表5.1-11 电解加工机床的主要结构类型
（续）
电解切削虽属非接触式加工，但因从中空阴极中冲出的电解液压力较大（500～3000kPa），对机床产生的反作用力也相当大，因此机床主轴必须具有足够的刚度，才能克服这种反作用力，并保持稳定均匀的进给。此外，电解机床必须具有良好的耐蚀性及密封性能，能承受强大的工作电流，主轴与工作台间要绝缘，并配置排氢抽风装置。对电解加工机床的要求见表5.1-12。
表5.1-12 对电解加工机床的要求
5.1.2.2 电解加工电源
1.直流稳压电源
电解加工配用的直流稳压电源应具有的特点见表5.1-13。国产晶闸管整流电解加工电源已成主流，常见的几种国产可控硅电解加工电源参数，见表5.1-14。
表5.1-13 电解加工配用的直流稳压电源应具有的特点
（续）
表5.1-14 几种常见晶闸管电解加工电源及参数
2.脉冲电流电解加工电源
脉冲电流电解加工电源的研制始于20世纪60年代。早期的脉冲电流电解加工电源主要是为了解决硬质合金等特殊材料用直流电源电解加工时出现只有碳被蚀除、表面状况不均匀、加工速度低、容易短路等问题。随着脉冲电流电解加工工艺的发展和科技的进步，研制脉冲电流电解加工电源的主要目的变成了提高加工精度，改善表面质量，简化、稳定电解加工工艺过程，将电解加工从一般精度加工提高到精密加工水平。其发展方向为加大输出电流，提高脉冲频率，改善频率特性，缩小脉宽，提高电源的可靠性和稳定性，详见5.1.4.9节。
5.1.2.3 电解液系统
电解液系统的作用是：在电解加工过程中，连续而平稳地向加工区供给足够流量和合适温度的电解液，在加工过程中不断净化电解液，对废液进行无害化处理。
电解液系统的构成如图5.1-4所示，它主要由电解液泵5、电解液槽2、过滤器3、冷却器13、加热器1以及其他管路附件、测量仪表等组成。
图5.1-4 电解液系统示意图
1—加热器 2—电解液槽 3—过滤器 4—溢流阀 5—电解液泵 6—管道 7—流量调节阀 8—温度计 9—压力计 10—线隙过滤器 11—流量计 12—离心过滤器 13—冷却器
1.电解液泵
电解加工时泵的压力一般为500～2500kPa，流量则视加工对象而定，通常按每100A电流需3～5L/min进行估算。目前有三种电解液泵可以选用，见表5.1-15。
表5.1-15 可供选择的三种电解液泵
（续）
为了防止泵的锈蚀，泵的转子大多用不锈钢制作，其余电流经过的部分也多采用铜或不锈钢制造。为了延长泵的使用寿命，应使泵的安装位置低于电解液槽的液面，使泵在电解液重力作用下，内部始终充满电解液，防止在液面与空气界面处发生氧化。
2.电解液槽
电解液槽的容量主要取决于电解产物的生成率，若没有介质过滤器或离心过滤器时，电解液槽的容量可按电源容量每1000A电流2～5m3估算。目前电解液槽有池式和箱式两种，见表5.1-16。
表5.1-16 电解液槽
3.过滤器
电解产物以氢氧化物沉淀的形式大量混在电解液中，若电解产物含量过多，将导致加工不稳定，影响加工质量，甚至造成频繁短路。为确保电解加工的顺利进行，必须及时将电解蚀除物或其他杂质从电解液中分离出去。主要的过滤方式及特点见表5.1-17。
表5.1-17 过滤方式及特点
4.冷却及加热装置
电解液温度对加工速度、加工精度及表面质量均有影响。特别是加工薄壁零件或当工具阴极形状复杂时，液温变化太大将导致工件或工具阴极变形过大，使加工精度降低。液温过高，小间隙、大电流加工时电解液易汽化，使加工不能正常进行。而液温过低，电解液流动性差，且欧姆压降增大，使生产率下降。因此，应根据外部季节温度和加工频次与电流的大小，采用冷却或加热装置。
5.1.2.4 控制系统
1.控制系统的组成、功能及控制模式
电解加工控制系统包括参数控制、循环控制、保护和联锁三个组成部分，见表5.1-18。
表5.1-18 电解加工控制系统
2.设备控制系统的典型方案
早期的电解加工机床控制系统多采用继电系统或简易数控系统，其柔性差，在恶劣环境下的电解加工稳定性低，已无法满足工业控制的要求与发展。随着计算机技术应用的普及与深入，产生了电解加工机床的计算机控制系统（CNC）和可编程序控制器控制系统（PLC）。PLC的响应比
表5.1-19 CNC与PLC两种控制系统的对比
继电器系统快，可靠性比继电器系统高得多，并且易于使用、编程和修改，成本也不高。而与CNC相比，虽然其数值计算能力差，但逻辑运算功能强，可处理大量的开关量，而且能直接输出到每个具体的执行部件。因此，电解加工机床控制器采用PLC已是当前的趋势。CNC与PLC两种控制系统的对比见表5.1-19。
图5.1-5所示为典型的采用了OMRON CQM1H可编程序控制器的DJK3150电解加工机床的主控流程框图，实现了适应电解加工工艺要求的诸多先进功能。
1）加工准备。在该过程中，机床的辅助设备（电解液泵、阀、风机等）不需工作。
3）用间接寻址方法简化计算。
4）带有温度自动补偿的控制电压。
在系统中采用的这些方法，在机床运动控制的实践中，获得了令人满意的效果。
5.1.2.5 电解加工的工具阴极及工装夹具设计
1.工具阴极的流场设计及尺寸设计
图5.1-5 电解加工机床主控流程框图
电解加工用工具阴极，在设计时首先要从流场设计入手，包括选择电解液的流动方式，出液槽的布局及尺寸，以及压力、流速与间隙的匹配关系等。其次是工具阴极的形状及尺寸的确定，阴极材料、绝缘性及导电性的设计。具体设计流程及要点见表5.1-20。
表5.1-20 工具阴极设计流程表
（续）
（续）
（续）
(www.xing528.com)
2.工具阴极材料
（1）工具阴极材料的选用 工具阴极（包括工装夹具在内）材料的选择取决于很多因素，但主要的还是所选材料要耐腐蚀并具有良好的导电性能。此外，还要考虑强度、尺寸稳定性、易于加工和易于修复等因素。常用的工具阴极材料及特点见表5.1-21。
表5.1-21 常用的工具阴极材料和特点
（2）工具阴极的绝缘处理 穿孔加工的阴极侧面，为达到高的电流密度，防止二次电解影响已加工面尺寸，在绝大多数情况下对阴极的非工作面必须进行绝缘处理。加工型腔、型面的阴极，其侧面一般没有绝缘问题，但在用反水法加工或加工叶片等零件时，为减轻杂散腐蚀，也须对阴极的非工作面进行绝缘处理。
（3）工具阴极的导电处理 电解加工时加工电流很大，常常达到几千至上万安培，因此对阴极的导电问题必须给予足够重视。其影响因素及应采取的措施见表5.1-22。
表5.1-22 阴极导电的影响因素及应采取的措施
3.工装夹具的设计制造
夹具的功能在于安装、定位、夹紧工件，确保工件和工具的相对位置，形成封闭的加工区和电解液流动通道，并将电流导入加工区。
由于夹具是电解加工各系统输出的终端汇合点，又是进行电解加工的工作区域，因而其设计和制造的质量直接影响电解加工的效果。夹具是电解加工装备中至关重要的一个部件。电解加工夹具直接接触腐蚀性介质，且承受较大的动负荷，并传输较大的电流和高速流动的电解液。工具阴极与工件阳极是在小的动态变化的间隙下工作的，易发生极间短路，且电解加工夹具的定位精度又是确保工件加工精度的重要环节，因而在设计夹具时，必须重点考虑如何防腐蚀，如何确保其定位的稳定性及正常地传导电流和输送电解液。绝缘和密封也是设计时必须解决的两大重要问题。
（1）解决耐蚀性问题的技术措施
1）夹具材料。夹具中带正电的金属零件表面会被杂散电流点蚀，或者在不同金属材料之间发生原电池电流腐蚀。因而在选用夹具材料时应尽量采用非金属材料，但为确保夹具的刚性，某些部位仍要采用金属材料。在选用非金属材料时要根据其所在部位的作用选取合乎此部位要求的材料，具体策略参见表5.1-23。
表5.1-23 夹具不同部位材料的选取
非金属材料选用玻璃钢居多。在金属材料中常用的有锡锌青铜、莫尔合金、不锈钢、黄铜、青铜等，个别处也有用钛合金的。必须注意，不能选用可能产生晶界腐蚀的材料。
2）绝缘或屏蔽。解决耐蚀性问题另一方面的措施参见表5.1-24。
表5.1-24 解决耐蚀性问题的具体措施
3）在结构设计上应使夹具中带正电的零件减到最少，甚至少到只有一个阳极导线的终端导电块（线鼻子）。
（2）确保工艺装备精度和稳定性的技术措施 工装的精度主要指工具阴极相对夹具上的定位面的位置精度。对于按设计图样制造工具阴极的工件型面和用反拷法制造在精度上有不同的要求，前者必须确保高的绝对精度，而后者主要要求在使用过程中达到高的重复精度和刚度。
为确保高的绝对精度，可以在工具及夹具的安装定位面上加工出精密的键槽，然后用固定键安装在工作台及阴极安装板上。也可用精密的调整/对刀样板、样块或块规，借助于可调键或阴极安装板上的十字交叉键微细调整阴极及夹具的相对位置，然后由调整手试加工工件，当工件的位置精度合格后，将可调键固定即可。
为达到高的重复精度，就必须确保工装工作的稳定性，首先是夹具的刚性。由于上述的工作条件，电解加工夹具的刚度应达到甚至超过传统的机械加工用的夹具的刚性。在某种特殊情况下产生的突变的负载可能引起系统的自激振荡，为避免此效应，夹具的刚度应高于仅考虑电解液压力计算所得的刚度。在实际的负载作用下，其变形应限制在±0.025mm内。决定夹具刚性的主要是它的本体，特别是阴极导引段。决定阴极刚性的主要是它的安装座及分水器或气液混合器。材料的稳定性也是达到高重复精度的重要条件。金属材料，特别是铸件及焊件必须经过去应力处理。夹紧的可靠性也影响重复精度，除通用的机械、气动、液压夹紧方式外，当采用的电解液压力较高（如1.4MPa）时，还可采用电解液夹紧法。
（3）导流和导电方式
1）导流方式。为确保电解液进入加工间隙区时流场的均匀性和稳定性，在进入加工区或通液槽之前必须有进口导流段；为确保加工间隙出口处流场的均匀稳定，在流出加工区后也应有出口导流段，特别是需要加背压时设置导流段更为重要。
导流结构主要取决于电解液的流动方式。正流式加工的导流段置于阴极本体内；反流式加工则要设计专门的水套，与阴极体共同构成进水的导流腔；侧流式的导流段则置于夹具本体或阴极导向装置中。导流段应是流线型，并有一定的长度。进液导流段应设计成收敛形。出液导流段如要加背压，一般亦以收敛形为好，如是自由流出则为扩散形。导流段形状较复杂，而且有时需要经过试加工修整，因而多用玻璃钢或有机玻璃制造，以便于钳修。夹具的阴极导引段与阴极滑动面之间的密封以及阴极与水套之间的密封均是影响流场的重要环节。根据不同的结构可采用O形密封圈、迷宫密封或小间隙密封。对于全封闭式流道，密封问题尤为重要，如能做到不泄漏，则可以取消工作箱，使机床结构简化。
2）导电方式。夹具上的导电件是整个电解机床导电系统的终端，应耐腐蚀且不过热。工艺装备的导电方式参见表5.1-25。
表5.1-25 工艺装备的导电方式
3）导电接头应减到最少。导电面的大小不是重要因素，重要的是接触面平整、光滑、清洁以及足够的压紧程度，应达到使接触面产生弹性变形的程度。还可在接触面上涂以导电硅油，含银或铜粉的导电脂，以防止导电面的烧伤或化学腐蚀。硅油可加速局部发热点的散热，并防止空气或电解液渗入。
4）夹具与机床应可靠地绝缘，这点对于采取阴极保护的机床尤为重要。必须严格防止漏电，否则某些绝缘材料，如环氧树脂、电木等在被击穿产生火花放电烧损成碳粉后，变成导体，将引发严重的短路。
4.阴极前电解液管道的耐腐蚀问题与管道内压降
（1）管道的耐腐蚀问题 阴极前的电解液管道，即由过滤器到阴极之间的管道必须采用耐腐蚀的管材，如纯铜管、黄铜管或不锈钢管等，以纯铜管为最好。因为管道如耐蚀性差可能产生晶界腐蚀等，脱落下的颗粒随电解液进入加工间隙易引发短路等故障。橡胶软管的接头也应用耐腐蚀材料（如不锈钢、黄铜等）制作。
（2）管道内压降 电解液系统中的主要压降发生在阴极和工件间的加工间隙处，因此应使调压阀出口的管道截面超过阴极过水面积（阴极各出液槽、孔的周边长度之和与加工间隙的乘积）的10倍以上，方可使管道内压降只占加工间隙电解液压力的1%～2%。有时因受阴极本体或阴极其他部分空间的限制，电解液管道截面与阴极过水面积无法达到10∶1，此时则应确保管道内部平缓过渡，即如同锥管状，使锥形的小端与阴极相接。如果管道截面与阴极过水面积之比小于5∶1时，应对管道损失进行仔细核算，以保证加工间隙处有足够的压力。
5.1.2.6 电解液
电解液的选取对电解加工的效率、质量、安全等十分重要。电解液的主要作用如下：
1）作为介质，在外电场作用下，在阴极和阳极间传递电流，实现电解加工。
2）排除电解产物，控制极化，使电解加工正常进行。
3）及时带走加工中产生的热量，确保加工稳定进行。
1.对电解液的要求
电解加工对电解液的基本要求见表5.1-26。
表5.1-26 电解加工对电解液的基本要求
2.电解液的类别与性能
电解液大致可分三类：中性电解液、酸性电解液和碱性电解液，最常见和最常用的是中性电解液。三类电解液的比较见表5.1-27。
表5.1-27 三类电解液的比较
3.电解液的选择原则
目前尚未找到一种电解液能够同时满足效率、精度、质量、成本等多方面的要求。应针对被加工材料及主要加工要求进行选择，具体参见表5.1-28。
表5.1-28 电解液的选择
（续）
4.常用电解液
（1）中性电解液 中性电解液与酸性电解液相比，其电导率较低而腐蚀性也小，价格便宜。用中性电解液加工时，阳极反应产生金属的氢氧化物，有时也可能产生氧气等气体，阴极反应主要产生氢气。
1）常用中性电解液的一般性能。NaCl、NaNO3、NaClO3是常用的三种中性电解液，其性能比较见表5.1-29。从该表可以看出，用NaNO3及NaClO3加工低合金钢的实际体积电化学当量和电流效率比用NaCl电解液时要低得多，所以在同样电流密度下的溶解速度往往只有NaCl电解液的1/2左右。NaNO3及NaClO3电解液比NaCl可以达到更高的加工精度，表面粗糙度值更小，表面质量更好，但这两种电解液在加工时要控制的项目较多，控制的要求也更严格。
表5.1-29 三种中性电解液的性能比较
（续）
（续）
①加工低合金钢时的数据。
2）常用中性电解液的浓度和温度。中性电解液的浓度要根据电解液的类别和应用场合来确定。在一定范围内，浓度增高，生产率增加，但对机床管道的腐蚀和加工时的杂散腐蚀将加剧，加工精度（特别是复制精度）下降。此外，高浓度对加工表面粗糙度也不利，所以生产率优先时推荐较高浓度，精度优先时推荐较低浓度。三种电解液浓度与电流效率的关系见表5.1-30。
表5.1-30 电解液浓度与电流效率的关系
电解液的工作温度大多为30～40℃，有时也可根据被加工材料适当调节。从加工精度等方面着眼，温度一般不宜过高。
3）常用中性电解液的添加剂。由于几种常用电解液都有一定局限性，因此常在电解液中添加少量其他成分来弥补其缺点。这种少量的添加物称为添加剂。常用中性电解液的添加剂见表5.1-31。
表5.1-31 常用中性电解液的添加剂
目前，含氧酸盐是NaNO3电解液最有希望的添加剂。加入它基本上可保持原来电解液的基本特性，既能提高电流效率而又不损害加工精度。因此，它是钝化性能强的电解液的一种理想的添加剂。综上所述，添加剂的作用是在活化和钝化之间进行调整，以得到加工效率高、加工精度和表面质量好的电解液。
4）常用中性电解液的应用范围，见表5.1-32。
（2）碱性、酸性电解液 三种常用中性电解液（NaCl、NaNO3、NaClO3）几乎可以加工目前遇到的所有金属材料，只有在加工硬质合金、钨和钼时采用碱性电解液，而加工小而深的孔和其他特殊场合用酸性电解液。
5.1.2.7 电解加工设备的维护与保养
由于电解加工设备的特殊性，需要加强日常的维护与保养。主要维护与保养项目见表5.1-33。
表5.1-32 常用电解液的应用范围
表5.1-33 电解加工设备的维护与保养
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
