电解磨削加工
2013
山东大学机械工程学院 高效洁净机械制造教育部重点实验室
目录
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电解磨削加工原理
电解磨削加工特点 电解磨削加工工艺 电解磨削加工设备
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1.电解磨削加工原理
电解磨削时, 硬质合金工件接直流 电源正极, 导电砂轮接直流电源负极, 两者之间保持一定的接触压力, 工件与 砂轮表面突出的磨粒保持一定的电解间 隙, 电解液喷嘴向间隙中供给电解液。 当接通电源后, 工件表面发生电化学反 应, 硬质合金被电解, 并在其表面上形 成一层极薄的氧化膜(电解膜),其硬度远 低于硬质合金本身。这层氧化膜被高速 旋转的金刚石砂轮磨粒不断的刮除并随 着电解液带走，使工件表面的新材料漏 出, 继续产生电解反应。电解和氧化膜 的刮除交替进行，使硬质合金连续加工 形成光滑的表面并达到一定的加工精度。
（2）加工间隙
在一定的电压下，加工间隙小，可获得较高的电流密度，提高 生产率，是加工表面平整，精度高。但是间隙过小，电解液就不易引 进或分布不均，容易引起火花放电，加剧砂轮的磨损。一般采用的加 工间隙为0.025-0.05mm。 （3）磨削压力 磨削压力增大，生产率也增大，随着压力的不断增大，电解间
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3.电解磨削加工工艺
（一）主要工艺参数
（1）电流密度及电压 电解磨削过程中，生产率随电流密度的增大而提高，电流过大或 过小都会降低加工精度及表面质量。电解磨削硬质合金时，电流密度 在110A/cm2时生产率最高，实际所用的电流密度为15-60A/cm2，电压 为7-10V。粗磨时电流密度为20-30A/cm2，精磨时5-6A/cm2。电解磨削 电压不宜过高，否则会产生大量电火花，加剧砂轮磨损，降低工件表 面质量。
电解液喷嘴 导电砂轮
磨粒 主轴 电刷 直流电源 工件
图1：电解磨削加工原理图
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硬质合金是以坚硬的碳化物（ WC , TiC ）为主要成分，以添加金 属（Co）为粘结剂，经压制烧结而成。电解磨削过程主要是阳极电化 学反应过程。现以亚硝酸盐为主要成分的电解液加工硬质合金为例， 说明其电化学反应过程。 一.阳极电化学反应 （１）钴的氧化反应（金属钴在1.2V时开始溶解）。
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Co [O] Co[O]吸附 Co [O] CoO
（2）钨的钝化反应
WC 4[O] WO2 [O]吸附 CO
WC 4[O] WO3 CO
（3）钛的钝化反应
TiC 3[O] TiO[O]吸附 CO
TiC 3[O] TiO2 CO
2NO O2 2NO2
或 NO [O] NO2
2NO2 2NaOH NaNO2 NaNO3 H 2O
阳极上除了亚硝酸根离子被氧化外，溶液中的水分子或氢氧根 离子也可能在阳极上放电，生成原子氧。 H 2O [O]原子氧 2H 2e （中性介质中） 2OH [O]原子氧 H 2O 2e （碱性介质中） 生成的原子氧，一部分互相化合生成氧气而放出，一部分吸附 在活化金属的表面，使残留的碳化钨、碳化钛发生氧化
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WC 4[O]原子氧 WO3 CO
TiC 3[O]原子氧 TiO2 CO
虽然阳极上产生的 N O 和原子氧都能使碳化钛、碳化钨发生氧 N O 的作用是主要的。在生 化，但在亚硝酸盐为主要成分的电解中， 成高价氧化钨的同时，也有一些低价氧化钨生成。各种氧化钨生成 的量，在很大程度上取决于阳极氧化电位，氧化电位越高，生成高 价氧化钨俞容易，氧化电位越低，生成低价氧化钨俞容易。生成的 WO 3 将进一步发生化学溶解： 在碱性溶液中，
2 4 2 4
WO3 2OH WO4 H 2O
二.阳极钝化反应 电解磨削过程也是工件表面钝化——活化不断交替进行的过程。 根据电化学反应理论，钝化是由于吸附的或成相的氧化层或盐层在 的钝化反应
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Co Co 2 2e
Co2 2OH Co(OH )2
（２）碳化钛、碳化钨的氧化反应（碳化钨溶解是从1.7Ｖ开始， 碳化钛到3.0V才开始溶解） 在以亚硝酸盐为主要成分的电解液中，碳化钛、碳化钨的阳极 N 2O4 氧化，主要是由于具有氧化性的 氧化作用的结果。其过程是亚硝 N 2O4 N 2 O4 酸根离子首先在阳极上氧化，并生成 ， 再与碳化钛、碳化钨 作用，使之氧化。
三.阴极的电化学反应 热力学数据和实验表明，阴极电化学反应主要是氢气的析出。
2H 2O 2e 2OH H 2
但是在某些情况下，也可能有其他副反应发生，如金属离子的 还原或其氧化物的沉积等。
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2.电解磨削加工特点
生产率高
表面质量好
精度高
砂轮损耗小
2NO2
2
N 2O4 2e
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2WC 4N 2O4 2WO3 2CO 8NO
2TiC 3N 2O4 2TiO2 2CO 6NO
反应中产生的一氧化氮，由于电极上氧或原子氧的作用，立即被 氧化为二氧化氮，生成的二氧化氮一部分放出，一部分溶于碱性溶液 中，再生成亚硝酸盐。
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隙相应减小，容易产生火花放电，并使砂轮磨损加剧。磨削压力过低，氧化 膜去除不充分，加工效率和表面质量都随之降低。因此磨削压力应以不产生 火花放电并能充分刮除氧化膜为原则。一般磨削压力推荐使用0.2-0.25MPa （4）工件与磨轮的接触面积 接触面积增大，直流电源能自动输入较大的电流而使生产率提高，并 且表面质量良好。因此电解磨削时，应使砂轮与工件保持最大的接触面积。 （5）砂轮转速 增大转速，可使电解间隙中的电解液供应充分、交替迅速，同时提高 机械磨削作用，是生产率提高。一般砂轮线速度为1200-2100m/min。