華北科技學院題庫
第四章電化學加工
1．從原理和機理上來分析，電化學加工有無可能發展成為「奈米級加工」
或「原子級加工」技術？原則上要採用哪些措施才能實現？
答：由於電化學加工從機理上看，是通過電極表面逐層地原子或分子的電子交換，使之在電解液中「陽極溶解」而被去除來實現加工的，可以控制微量、極薄層「切削」去除。
因此，電化學加工有可能發展成為奈米級加工或原子級的精密、微細加工。但是真的要實現
它，從技術上講還有相當難度。主要是由於電化學加工的實質是實現選擇性陽極溶解或選擇
性陰極沉積，只要能把這種溶解或沉積的大小、方向控制到原子級上就可以了。但是由於它
們的影響因素太多，如溫度、成分、濃度、材料效能、電流、電壓等，故綜合控制起來還很
不容易。
2．為什麼說電化學加工過程中的陽極溶解是氧化過程，而陰極沉積是還原過程？
答：從電化學過程來說，凡是反應過程中原子失去電子成為正離子（溶入溶液）的，稱為氧化，反之，溶液中的正離子得到電子成為中性原子（沉積在陰極上）的稱為還原，即
由正離子狀態還原成為原來的中性原子狀態。例如在精煉電解銅的時候，在電源正極上純度
不高的銅板上的銅原子在電場的作用下，失去兩個電子成為cu2+正離子氧化而溶解入cucl2
溶液，而溶液中的cu2+正離子在陰極上，得到兩個電子還原成為原子而沉積在陰極上。
3．原電池、微電池、乾電池、蓄電池中的正極和負極，與電解加工中的陽極和陰極有何區別？兩者的電流（或電子流）方向有何區別？
答：原電池、微電池、乾電池和蓄電池中的正極，一般都是較不活潑的金屬或導電體，而其負極，則為較活潑的金屬。例如乾電池，正極為不活潑的石墨（碳）棒，負極為活潑金
屬鋅，蓄電池的正極是不活潑的鉛。金屬與導電液體形成的微電池中的正極往往是不活潑的
碳原子或雜質。兩種活潑程度不同的金屬（導電體）在導電溶液中發生電化學反應能產生電
位差，電位較正的稱為「正極」，流出電流（流入電子流），電位較低的流入電流（流出電子
流）。電解加工時人為地外部加以電源，接電源正極稱陽極，接電源負極的稱陰極，陽極表
面流出電流（流入電子流），陰極表面流入電流（流出電子流），兩者的方向仍一致，見圖
4-1。
圖4-1
4．舉例說明電極電位理論在電解加工中有什麼具體應用？
答：電極電位理論在研究、分析電解加工中有很重要的作用，具體應用在：
1）分析電極上電化學反應的產物在電解加工時，在陰陽兩極都有電化學反應，可能參與反應的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產物h+、oh－。但真正能在電極上完成電化學反應的是什麼？則需要應用電極電位理論加以分析判斷。
即：在陽極上，只有電極電位最「－」的離子才能參與反應。
2）估計某種金屬材料電解加工的質量和可加工性每一種金屬材料都是由不同元素所組成（真正由單一元素組成的材料極少），而在電解加工時，人們希望陽極金屬的電解過程是均勻的。只有這樣，加工表面的粗糙度值才會比較好，加工過程才能平穩。如果陽極金屬材料的組成元素其電極電位相差很大，則在電解加工中會由於一些元素的電極電位較「＋」，而不能及時溶解，使加工表面形成一些凸出點，造成加工表面粗糙度值增大。
更為嚴重的是這種凸出的質點會造成加工過程的短路、燒損電極，甚至使加工無法進行。例如鑄鐵和高碳鋼中有c及fe3c存在，它們的電極電位高達+0.37v，而fe/fe2+的電極電位僅為－0.
59v，因此c及fe3c在電解加工中幾乎無法被陽極溶解而最終形成凸出質點，從而造成鑄鐵、高碳鋼甚至滲碳鋼的電解加工可加工性很差。
5．陽極鈍化現象在電解加工中是優點還是缺點？舉例說明。
答：電極鈍化現象的存在，使電解加工中陽極溶解速度下降甚至停頓。從生產率的角度出發人們不希望選用能產生鈍化現象的鈍化型電解液。
但是，當採用nacl等非鈍化型電解液工作時，雖然生產率很高，但因為雜散腐蝕嚴重，成形精度較差，嚴重影響了電解加工的應用。而當採用鈍化型電解液加工時，儘管電極工具的非工作面沒有絕緣，但當加工間隙達到一定尺寸後，對應的工件表面就會產生鈍化膜，可以避免產生雜散腐蝕，提高加工精度，促進電解加工的推廣應用。
電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽極鈍化現象的存在而開發出來的。它們利用了鈍化膜對金屬表面的保護作用，採用機械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點的鈍化膜被刮除，並迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護作用，使區域性不被電解，最終使金屬表面的整平作用加快，可實現精加工。
6．在厚度為64mm的低碳鋼鋼板上用電解加工方法加工通孔，已知陰極直徑φ24mm，端麵平衡間隙b＝0.2mm。
求：（1）當陰極側面不絕緣時，加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？
（2）當陰極工具側面絕緣，且陰極側面工作圈高度b =1mm 時，所加工出的孔徑是多少？
圖4-2
答：（1）當陰極側面不絕緣時，加工出的孔是
喇叭口狀，其孔縱剖面側壁為一拋物線（見圖4-2），
設其上部直徑為d 1，下部尺寸為d 2，則：
1222b b
s 1++=+=h d d d mm
1.34)mm 2
.06422.0224(=××+= d 2= d +2b =(24+2×0.2)mm =24.4mm
（2）當陰極工具側面絕緣，並有b =1mm 的
工作圈時，上、下孔的尺寸為： 12
.0122.0224(1222b b
sb d d d )mm mm 33.25≈ 7．電解加工（如套料、成形加工等）的自動進給系統和電火花加工的自動進給系統有何異同？為什麼會形成這些不同？
答：一般電解加工自動進給系統主要是控制均勻等速的進給速度，它的大小是事先設定的。進給速度的大小與端麵平衡間隙有直接關係（雙曲線關係），而端麵平衡間隙又直接影響到陰極形狀（成形加工時）。
在正常電解加工時，主要依照電流的大小來進行控制，但在電極開始進入或即將退出工件時，由於加工面積的變化，則不能按照電流的大小進行控制。
電火花加工的自動進給控制系統的目的是保證某一設定加工間隙（放電狀態）的穩定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調節特性曲線來工作的，它的進給速度不是均勻等速的。
之所以形成這種不同的進給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進給速度大，平衡間隙變小。在進給方向、端面上不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進給速度稍大於蝕除速度，極易引起短路，所以必須調節進給速度以保證放電間隙。
8．電解加工時，何謂電流效率？它與電能利用率有何不同？如果用12v 的直流電源(如汽車蓄電池)作電解加工，電路中串聯乙個滑桿電阻來調節電解加工時的電壓和電流(例如調到兩極間隙電壓為8v)，問：
這樣是否會降低電解加工時的電流效率？為什麼？
答：電解加工時的電流效率是指按照法拉第電解定律所計算出的理論金屬蝕除量與實際金屬蝕除量之比。由於在電解加工陽極溶解的同時，還會出現如析氧等副反應，因此電解加工時電流效率一般小於1。
電能利用率是指電源輸入的總能量在電解加工中用了多少，在其它方面（如線路損耗）又用了多少。如題所示，利用滑桿電阻可以調節電解加工時的輸入電流、電壓，而滑桿電阻本身產生的熱損耗與電解加工無關。滑桿電阻的熱損耗愈大，電能利用率愈低。
而經過滑桿電阻調節電壓、電流之後進行電解加工時，它的電流效率並沒有變化，仍然是按照法拉第電解定律計算，與其它因素無關。
9．電解加工時的電極間隙蝕除特性與電火花加工時的電極間隙蝕除特性有何不同？為什麼？
答：電解加工時，電極間隙蝕除特性曲線是一條雙曲線，即c a =υ（常數）如圖4-3a 所示；而電火花加工的蝕除特性曲線則是一條蝕除速度在起點和終點都為零的上凸二次曲線，如圖4-3b 所示。
生產率就其實，當放電間隙很小時，排屑困難10．如何用電極間隙的理論進行電解加工陰極工具的設計？ a)
b)圖4-3 電解加工時，只要電極不發生短路，電極間隙愈小，陽極工件的蝕除速度就愈高，愈高；反之，當電極間隙變大時，蝕除速度將下降。
電火花加工時，當放電間隙為零時，蝕除速度也為零。，短路率增加，蝕除速度將大大下降，甚至無法正常加工；而當放電間隙過大時，間隙無法擊穿，蝕除速度也為零（相當於非線性電解液中電解加工時有一「切斷間隙」）。
答：電解加工時的蝕除速度應遵循雙曲線規律，即c =a υ。對平板電極而言，當電極進給速度與陽極蝕除速度相等時，電極間隙相對平衡不變，稱為端麵平衡間隙。對於曲面
電極各法線方向的平衡間隙等於：
θcos b n = 式中 δn ——法向平衡間隙；
δb ——端麵平衡間隙；
θ ——法線方向與進給方向的夾角。 由此，在已知端麵平衡間隙δb 的情況下，
設計及端麵平衡間隙δb
平行的直線；
b ；電極步驟如下：
已知工件形狀1）在工件輪廓線上取a 1、a 2…點；2）過a 1、a 2…作法線及與進給方向相3）在與進給方向相平行的線上取a 1c 1＝a 2c 2＝…＝δ
4）過c1，c2，…作垂線，與各點法線的交點為b1，b2，…；5）連線b1，b2，…即為陰極工具輪廓。
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