电化学加工(ECM) -工作原理、设备、优缺点及应用

电化学加工(ECM)是一种利用电化学工艺去除工件上的材料的加工工艺。该工艺以工件为阳极，刀具为阴极。工件和工具的两个电极浸在电解质(如NaCl)中。当电压施加在两个电极上时，材料从工件上开始去除。工件和刀具摆放得非常近，没有接触。在ECM中，材料去除发生在原子水平，因此它产生镜面抛光表面。

• 这种工艺只用于加工导电材料。

工作原理

ECM工作与电化学或电镀膜或沉积工艺相反。

在电化学加工过程中，反应发生在电极上，即阳极(工件)和阴极(工具)和电解液内。

让我们以加工低碳钢为例，它主要由黑色合金(Fe)组成。我们一般采用氯化钠(NaCl)中性盐溶液作为加工黑色合金的电解液。NaCl与水的离子解离发生在电解质中，如下图所示。

当电位差施加在电极上时，离子的运动开始于工具和w/p之间。正离子向工具(阴极)移动，负离子向工件移动。

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在阴极，氢离子得到电子并转化为氢气。

以同样的方式，铁原子从阳极(w/p)作为fe++离子。

在电解液中，钠离子与羟基离子结合形成氢氧化钠，亚铁离子与氯离子结合形成氯化铁。铁离子与羟基离子结合形成氢氧化铁。

电解液中产生FeCl2和Fe(OH)2，以污泥的形式沉淀下来。用这种方法将材料从工件上作为污泥去除。

电化学加工过程中发生的各种反应如下图所示。

电解加工系统有以下几个模块或电解加工的主要设备

1. 电力供应
2. 电解液过滤输送系统
3. 刀具进给系统
4. 工作柜

电化学加工工艺

• 首先，将工件装配在夹具中，并将刀具靠近工件。工具和工件浸泡在合适的电解液中。
• 之后，在w/p(阳极)和工具(阴极)之间施加电位差。材料的去除开始。去除材料的方法与我们在上述工作原理中讨论的方法相同。
• 刀具进给系统将刀具向w/p方向推进，并始终在两者之间保持所需的间隙。来自w/p的物质以正离子的形式出来，与电解质中的离子结合并沉淀为污泥。在加工过程中，氢气从阴极处释放出来。
• 由于材料与w/p的分离发生在原子水平，因此它具有优异的表面光洁度。
• 从罐中取出的污泥与电解液分离。过滤后的电解液再次输送到电解槽进行电解加工。

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应用程序

• ECM工艺用于开模操作，剖面和轮廓，钻井，研磨，钻削和微加工。
• 用于在封闭范围内加工汽轮机叶片。

优势

• 可忽略的刀具磨损。
• 利用凸凹刀具可以很容易地制造出复杂的凹曲率零件。
• 由于刀具与工件之间没有直接接触，因此不会产生力和残余应力。
• 具有优良的表面光洁度。
• 产生的热量更少。

缺点

• 在盐水和酸性电解质的情况下，工具、w/p和设备的腐蚀风险会增加。
• 电化学加工只能加工导电材料。
• 功耗高。
• 初始投资成本高。