Tài liệu Gia công điện pptx

Gia công điện
CHƯƠNG 4
GIA CÔNG ĐIỆN
4.1. GIA CÔNG ĐIỆN HÓA
4.1.1 Mô tả chung về nguyên lý gia công.
a. Nguyên lý gia công.
Phương pháp gia công điện hoá (Electric Chemical Machining - ECM) dựa trên
cơ sở định luật điện phân của Faraday.
Quá trình gia công điện hóa là một quá trình hòa tan anod điện hóa, trong đó
một dòng điện một chiều có cường độ cao và điện áp thấp chạy qua giữa chi tiết (được
nối với cực dương) và dụng cụ điện cực (nối với cực âm của nguồn). Hai điện cực đều
được đặt trong bể dung dịch điện phân. Tại bề mặt anod, kim loại được hòa tan vào
các ion kim loại và chi tiết sẽ được sao chép hình dạng của dụng cụ điện cực.
Chất điện phân luôn luôn chảy qua khe hở điện cực với vận tốc cao (thường lớn
hơn 5m/s)
Khi đóng mạch điện và các điều kiện điện phân được chọn hợp lý, dòng điện đi
qua bể có tác dụng làm hòa tan kim loại ở anod với một lượng được xác định theo
định luật Faraday. Trong khi gia công, thông thường điện cực được cho tiến về phía
chi tiết (anod) nhưng luôn đảm bảo tồn tại một khe hở nhỏ.
Quá trình điện phân kéo theo sự hòa tan anod và thoát khí hydro ở catod.
Lượng chất kết tủa hoặc hòa tan do điện phân tỷ lệ với lượng điện chạy qua.
Lượng các vật chất kết tủa hoặc hòa tan bằng lượng điện tương đương, tỷ lệ với
thành phần hóa trị của chúng (với hợp kim có nhiều nguyên tố khác nhau).
Biểu thức của định luật 1:
m = F / Kit (4.1)
Trong đó:
m: lượng kim loại hòa tan (g).
I: cường độ dòng điện (ampe).
t: thời gian (giờ).
F: hằng số Faraday lượng điện cần thiết để hòa tan 1 đương lượng gam
của kim loại, F = 96496 colomb.

K: đương lượng điện hoá tức khối lượng của chất (tính bằng mg) được
giải phóng khi có một điện lượng 1 coulomb đi qua dung dịch điện
phân.
Định luật Faraday 2
Các đương lượng điện hoá tỷ lệ với đương lượng gam của các chất được giải
phóng trong quá trình điện phân. Đương lượng gam bằng tỷ số giữa trọng lượng
nguyên tử A và hóa trị n.
Vậy:
K = (1 / F). (A/n) (4.2)
Đơn vị: K = g/A. s; g/a. ph = mm
3
/A.s; mm/A.s.
Công thức của định luật hợp nhất :
m = (1 / F). (A/n) . It = KIt (4.3)
Trong thực tế, khi gia công kim loại không tinh khiết hoặc hợp kim của chúng
gồm nhiều nguyên tố khác nhau (ví dụ thép hợp kim) thì đương lượng điện hoá của
chúng được xác định một cách tương đối theo các thành phần hợp kim như sau:
(g/A.s)
n
K
n
P

2
K
2
P
1
K
1

P
100
theùp
K
++
=
(4.4)
Trong đó:
P
1
, P
2
, P
n
là thành phần hợp kim trong kim loại, tính theo phần trăm
trọng lượng.
K
1
, K
2
, K
n
là đương lượng điện hoá của mỗi thành phần hợp kim trong
kim loại.
Theo định luật Faraday phương pháp gia công điện hoá được thực hiện như
sau:
Nếu dùng catod làm khuôn có hình dáng gần giống với hình dáng của chi tiết
cần gia công thì ở bề mặt gần nhất với catod sự hòa tan anod diễn ra mạnh nhất. Lý do
là điện trở suất của dung dịch điện phân lớn hơn của kim loại. Như vậy dòng điện tập
trung vào khoảng cách điện cực nhỏ nhất tức là ở đây có dòng điện lớn nhất, bằng

cách đó cực catod dần dần ăn vào anod.
Bơm sẽ bơm chất điện phân (xuyên qua khe hở gia công) ở vận tốc cao (5–
50m/s) đẩy kim loại hòa tan, khí và hơi nóng ra khỏi khe hở gia công.
Gia công điện hóa là một phương pháp gia công mới và có một số ưu điểm mà
các phương pháp gia công truyền thống không thể có.
Độ chính xác gia công và tốc độ hớt kim loại cao với mật độ dòng rất lớn từ 10
– 100 A/cm
2
nhưng điện áp khá thấp (8 – 30V). Phải luôn đảm bảo một khe hở nhỏ
trong suốt quá trình gia công (khoảng 0,1 mm), bằng cách cho điện cực dụng cụ tiến
về phía bề mặt anod với vận tốc khoảng 0,1 – 20 mm/ph.
Giá trị dòng điện sử dụng trong gia công điện hóa phụ thuộc vào các thông số
và kích thước của bề mặt chi tiết cần gia công.
Trên hình 4.1 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công điện hóa.
Nguồn 1 chiều từ 2-30V
Chạy dao đều
Trao đổi nhiệt
Lọc
Bơm
Chất điện
phân
Cặn
Chi tiết
Bảo vệ ngắn mạch
Bàn máy
P vào
vàovào
vào
P ra
vàovào

vào
Cách điện
Van
chặn
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công điện hóa.
Hình 4.2. Mô tả quá trình cắt trong gia công điện hóa.
Các oxit trên mặt anod có tác dụng hạn chế quá trình gia công, hiện tượng này
xảy ra đối với hầu hết kim loại dùng trong công nghiệp, nó phụ thuộc vào mật độ
dòng điện, nhiệt độ và thành phần chất điện phân. Quá trình hạn chế này có thể dùng
tốc độ dòng chảy lớn của dung dịch điện phân để ngăn cản.
Tốc độ đẩy tới của điện cực phải thích hợp với lượng vật liệu lấy đi.
Vật liệu được lấy đi trong quá trình gia công được xác định theo định luật
Faraday:
Trong đó:
V
D
: năng suất lấy nguyên liệu.
A: khối lượng nguyên tử.
n : hóa trị của anod.
I: cường độ dòng điện.
γ: tỷ trọng (g/cm
3
).
Lưu ý: đối thép hợp kim thì chỉ tính gần đúng.
Những đặc trưng gia công của quá trình gia công điện hóa:
- Tốc độ gia công không phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu gia công mà chỉ
phụ thuộc vào bản chất vật liệu gia công.
- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của
- Độ nhám bề mặt tốt (với kim loại thông thường), R
a

= 0,1 – 2,5mm.
- Mức tiêu thụ điện áp tương đối cao (khoảng 200 – 600 J/mm
3
) và phụ thuộc
vào tính điện hóa của vật liệu gia công.
b. Quá trình ECM lý tưởng.
Mô hình gia công điện hóa đơn giản nhất, thường gọi là quá trình ECM lý
tưởng, có các đặc điểm sau:
- Định luật Ohm được áp dụng trong toàn bộ khe hở trên bề mặt của điện cực.
- Tính dẫn điện của môi trường trong khe hở điện cực là hằng số cả về thời
gian lẫn không gian.
n96500.
60AI
D
V
γ
=
(4.5)
(cm
3
/phút)
- Tại mỗi điện cực, điện thế luôn cố định trên toàn bộ chu vi bề mặt và trong
suốt thời gian gia công.
- Mật độ dòng điện cho việc hòa tan anod luôn bằng nhau tại mọi điểm trên
bề mặt chi tiết gia công.
c. Quá trình ECM không lý tưởng.
Tuy nhiên, trong thực tế quá trình gia công điện hóa không bao giờ lý tưởng.
Do tốc độ hớt kim loại phân tán trên bề mặt chi tiết có hình dạng khác nhau thì khác
nhau (dòng điện của phương pháp gia điện hóa trong thực tế thì tỉ lệ nghịch với kích
thước lỗ trống) và những bề mặt có hình dạng khác nhau này là do việc thiết mẫu đúc.

Hydro thoát ra từ điện cực dụng cụ tạo thành một lớp có hai pha (gồm bọt khí
hydro và chất điện phân), khi đạt tới một điều kiện nhất định lớp này có thể lấp đầy
toàn bộ lỗ trống gia công.
Khi gia công điện hóa những chi tiết lớn, kéo theo sự mở rộng của khe hở điện
cực, do vậy, bọt khí phát sinh tại dụng cụ điện có thể lan ra khỏi bề mặt gia công và
chúng hòa trộn với dung dịch điện phân. Nếu quá trình này kéo dài, có thể làm giảm
bền dung dịch điện phân trong khe hở gia công, phát sinh va đập và cuối cùng quá
trình gia công sẽ bị ngừng lại.
Dòng điện đi qua dung dịch điện phân làm phát sinh nhiệt lượng. Môi trường
gần catod sẽ mất dần tính dẫn điện do nhiệt tăng lên.
4.1.2. Dụng cụ và dung dịch điện phân.
a. Điện cực dụng cụ (anod).
Vật liệu chế tạo dung cụ
- Điện cực chế tạo dụng cụ phải có tính dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt. Ví
dụ: đồng thau, thép không rỉ, thép chịu nhiệt, hợp kim titan, grafit…
- Thép không rỉ dùng làm dụng cụ để gia công cách tuốc bin thủy điện, máy
nén khí, các khuôn dậy.
- Hợp kim dùng làm các ống vỏ mỏng dể làm dụng cụ mở lỗ sâu.
- Grafit dùng để làm dụng cụ dạng đĩa quay tròn trong sản suất đơn chiết hay
loạt nhỏ.
Phương pháp tạo hình các điện cực dụng cụ.
Để tạo biên dạng các dụng cụ ta dùng các phương pháp sau đây:
- Gia công cắt gọt.
- Đúc chính xác.
- Dập.
- Mạ chất dẻo, phun kim loại…
Đối với dụng cụ định hình biên dạng của chúng có khác với biên dạng của chi
tiết gia công, do đó để tăng độ chính xác của dụng cụ phải thiết kế biên dạng theo
phương pháp đồ thị và phương pháp giải tích (thiết kế dao tiện định hình).
Việc chọn các thông số hình học và sự phân bố các khe, các lổ trên bề mặt làm

việc của dụng cụ cần phải xác định bằng kinh nghiệm sao cho dòng chảy của dung
dịch điện phân vào vùng gia công thuận lợi, không bị rẽ dòng.
Một số điện cực thường dùng:
Phủ chất cách điện tại những bề mặt không làm việc của dụng cụ.
Mục đích của việc làm này là nhằm bảo đảm cho quá trình hòa tan anod tại các
điểm cần thiết được tốt, bảo đảm cơ tính cao, cách điện tốt, chịu nhiệt và chịu ẩm vì
chiều dày lớp phủ rất mỏng (0,02 - 5mm).
Độ nhấp nhô bề mặt làm việc của dụng cụ có R
a
< 1,6µm.
Trên bảng 4.1 là một số thông số của các vật liệu dùng làm điện cực.
Bảng 4.1. Một số thông số của vật liệu dùng làm điện cực.
Vật liệu dụng
cụ
Chất cách điện Chiều dày lớp
phủ (mm)
Ứng dụng
Đồng thau
Thép không rỉ
Men silicat
0,15 ÷ 0,2
Gia công các lỗ mặt định
hình
Polypropylen
Keo epôxy
Notacryl
0,3 ÷ 0,35
0,1 ÷ 0,3
0,2 ÷ 0,5
Tẩy bavia, gia công các

mặt định hình, các lỗ có
đường kính lớn
Nhựa polyurêtan
Caprolon
Cao su tectolit
Ebonit
0,1 ÷ 0,2
0,1 ÷ 0,2
0,5 ÷ 5
0,5 ÷ 5
Tẩy bavia, gia công các bề
mặt có kích thước lớn
Thép không rỉ,
hợp kim titan,
hợp kim chịu
nhiệt
Men sứ
0,03 ÷ 0,08
Mở rộng các lỗ, rãnh hẹp,
lỗ định hình và lỗ sâu
Keo epôxy
0,1 ÷ 0,4
Mở rộng lỗ sâu
Nhũ tương
Teflon
Polyclovinyl
0,02 ÷ 0,05
0,08 ÷ 0,2
0,08 ÷ 0,2
Mở rộng lỗ đường kính

nhỏ
b. Dung dịch điện phân.
Hình 4.3. Một số điện cực thường dùng.
Tác dụng của dung dịch điện phân.
Vai trò quan trọng của dung dịch điện phân là tạo sự di chuyển các ion giữa
anod và catod. Ngoài ra các ion của dung dịch điện phân còn tham gia tích cực vào
các phản ứng điện cực. Dung dịch điện phân sử dụng để hòa tan kim loại của chi tiết
(anod) do đó thành phần của nó phải chọn đúng để tránh khả năng tạo các chất không
hòa tan, gây ra sự trơ hóa bề mặt của chi tiết. Vì vậy sự tồn tại của các ion hoặc nhóm
ion trong dung dịch điện phân phụ thuộc vào các tính chất của nó.
Phản ứng điện cực xảy ra ở catod vì vậy cần phải nghiên cứu sự phóng các ion
đã nạp điện, chúng không được kiềm chế quá trình hòa tan anod. Trên catod không có
sự kết tủa các ion kim loại có trong dung dịch điện phân vì nó làm thay đổi hình dáng
của catod và gây ra sai số hình dáng chi tiết.
Do đó các cation của dung dịch điện phân không được là kim loại vì chúng tạo
điều kiện cho sự kết tủa trên dụng cụ (có vật liệu là thép hoặc đồng…). Thông thường
các cation là hydro, kiềm như natri, kali, …
Tính chất của dung dịch điện phân.
- Khi gia công điện hóa mật độ dòng điện phải ổn định để tránh sự thất thoát
về năng lượng. Các dung dịch điện phân phải có tính dẫn điện, dẫn nhiệt
cao đồng thời nhiệt độ sôi của chúng phải cao để tránh bị sôi khi gia công.
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của dung dịch điện phân đều rất thấp so với kim
loại do điện trở của dung dịch điện phân cao, vì vậy mật độ dòng phải cao.
- Dung dịch điện phân sẽ bị đốt nóng dẫn đến sự phân cực các điện cực nên
càng đốt nóng thêm dung dịch điện phân.
- Độ nhớt của dung dịch điện phân thấp sẽ làm cho sự di chuyển của các ion
cao hơn do đó nâng cao tính dẫn điện của dung dịch điện phân.
Bảng 4.2. Các tính chất của dung dịch điện phân thường dùng.
Dung
dịch điện

phân
Độ
đậm
đặc
theo
trọng
lượng
Tỷ
trọng
(g/cm
3
)
Độ dẫn
điện
(10
4
.Ω
-
1
.cm
-1
)
Nhiệt
dung
(cal/grad
)
Tính dẫn
nhiệt
(Kcal/m.
g.grad)

Độ
nhớt
động
học
(cts)
Độ
nhớt
động
học
(.s/m
2
)
Độ hòa
tan
hydro
theo thể
tích (g)
Clorua
-natri
NaCl
5
10
15
20
1,034
5
1,070
7
1,108
7

1,147
372
1211
1642
1957
0,945
0,901
0,865
0,507
0,497
1,05
1,11
1,17
1,34
0,085
0,190
0,30
0,535
1,5
1,2
1,1
0,9
Natri
cacbonat
NaCo
3
10
20
0,067
4

0,142
6
782
1303
0,195
0,885
0,508
0,499
1,02
1,10
1,09
1,26
1,4
1,2
NaSO
4
15 0,140
6
886 0,940 0,516 1,54 1,76 1,0
HCl 2
5
1,01
1,025
1720
3948
0,965
0,920
0,500
0,470 1,05 1,08
1,7

1,6
H
2
SO
4
2
5
1,015
1,035
1089
2085
0,985
0,951
0,505
0,490 0,98 1,01
NaOH 5
10
1,055
1,110
1935
3093
0,937
0,907
0,527
0,539.
1,27
1,68
1,34
1,86
1,2

0,9
Một số dung dịch điện phân thường dùng cho thép và hợp kim cứng.
Do thành phần của thép và hợp kim cứng có nhiều yếu tố khác nhau do đó
không thể có dung dịch điện phân chung cho tất cả các loại vật liệu, vì vậy đối với
mỗi loại vật liệu ta cần phải tính toán và chọn lựa loại dung dịch điện phân thích hợp.
Trong thực tế đối với mỗi nhóm vật liệu (ví dụ: thép trên cơ sở Fe, Ni…) ta có
thể dùng một loại dung dịch điện phân.
Thép trên cơ sở Fe: trong quá trình gia công thép trên cơ sở Fe bằng phương
pháp điện hóa ở anod thoát ra rất nhiều ôxy, do vậy khi có điện thế thấp sẽ thấy xuất
hiện các oxit và quá trình hòa tan anod bị chậm lại.
Để tránh sự trơ hóa các anod, hiệu quả nhất người ta dùng các clorua làm dung
dịch điện phân. Ví dụ: clorua natri để tạo FeCl
2
(đối với Fe
2+
) và FeCl
3
(đối vớ Fe
3+
).
Vì vậy clorua natri là thành phần cơ bản dùng để gia công thép nhóm Fe và Ni,
ngoài ra có thể dùng clorua kali nó làm tăng tính dẫn điện của dung dịch điện phân
nhưng rất đắt.
Qua thí nghiệm với thép có 0,2% C cho thấy rằng nếu ta thêm 3÷10% NaClvà
6% H
2
SO
4
vào dung dịch điện phân thì tốc độ hớt kim loại sẽ tăng (FeSO
4

và Fe
2
SO
4
tăng nhanh nhất là đối với Fe
2+
nhưng độ bóng thấp < 4µm). Nếu dùng HCl 1÷2%
trong dung dịch điện phân, tốc độ hòa tan anod tương đương với H
2
SO
4
nhưng độ
nhấp nhô <2µm.
Hợp kim trên cơ sở Ni.
Đối với loại hợp kim Cr-Ni có thể dùng dung dịch 6% H
2
SO
4
và 3÷10% NaCl,
độ nhấp nhô đạt 3,5µm trong khi đó đối với thép C là 4µm. Kết quả tương tự khi dùng
HCl.
Nếu dùng dung dịch điện Nitrit kali 15% NaCl 6÷10%, clorua amôn (NH
4
Cl)
3÷10% độ nhấp nhô có thể đạt thấp nhất 2µm.
Nếu dùng 4% NaCl + 6% NaSO
4
độ nhấp nhô sẽ cao.
Nếu dùng Nitrat natri (NaNO
3

) pha với NaCl đúng tỉ lệ thích hợp thì bề mặt gia
công sẽ bằng phẳng, tại các mép không bị lồi lõm.
Hợp kim Titan.
Các chi tiết khi gia công điện hóa trên bề mặt hình thành một lớp màng oxit
mỏng, nó cản trở việc hòa tan anod. Để phá hủy lớp rỉ này có thể dùng dung dịch điện
phân clorua ở điện áp U = 12V hoặc bằng dung dịch brômua và iốt với điện thế thấp.
Để gia công titan cần có điện áp tương đối cao U = 40V nhưng với điện thế này
sẽ xảy ra sự phóng tia lửa điện do đó bề mặt nhấp nhô cao.
Dung dịch điện phân có NaCl và HCl, điện áp thấp, độ nhám tốt hơn nhưng
xuất hiện điểm rỉ.
Hợp kim Vonfram (dùng để chế tạo khuôn dập và dụng cụ cắt):
Dung dịch điện phân kiềm mạnh sẽ hòa tan WC, thường là sút NaOH hoặc
cacbonat natri NaCO
3
, coban sẽ bị hòa tan trong dung dịch điện phân gốc amin như
trietanolamin hoặc ete của axit tactrit COOH-CHOH-COOH tạo thành CoCl
2
(CoCl
2
,
H
2
O) clorua coban để đạt độ nhấp nhô R
a
= 0,25µm. Nên dùng dung dịch điện phân:
197 g/l trietanolamin.
50 g/l NaOH.
100 g/l NaCl.
Tạo ra WCl
2

, WCl
3
(clorua vonfram).
Molypđen:
Ở dạng cation, molypđen không tạo thành mối bền vững nhưnh oxit molypđen
hòa tan trong kiềm tạo thành các molypđat. Để gia công molypđen thường dùng dung
dịch điện phân như: 150g/l NaOH.
Thời gian sử dụng dung dịch điện phân
Trong quá trình gia công điện hóa dung dịch điện phân dần dần sẽ bị thay đổi
thành phần, khí H
2
bốc hơi làm cho tính dẫn điện kém đi, độ pH tăng tức tính kiềm
tăng.
Mặt khác do sự hình thành kết tủa làm tăng độ nhớt và giảm sự hòa tan anod,
tất cả các thay đổi này sẽ rút ngắn thời gian sử dụng dung dịch điện phân. Vì vậy nên
sử dụng phân theo định kỳ và có các biện pháp xử lý dung dịch điện để tiếp tục sử
dụng.
Các phương pháp xử lý khôi phục dung dịch điện phân.
- Làm sạch bằng cách lọc các chất kết tủa, các chất không hòa tan vì chúng
cản trở quá trình gia công.
- Dùng phương pháp ly tâm để loại các chất không hòa tan.
4.1.3. Các thông số và khả năng công nghệ.
a. Năng suất gia công.
Năng suất gia công được tính bằng lượng nguyên liệu được lấy đi trong một
đơn vị thời gian (V
D
, cm
3
/phút), tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, như đã xác định
bằng định luật Faraday. Tốc độ tiến e của điện cực cũng được coi là năng suất

(cm/phút).
e = K.I/F = K.s (cm/phút). (4.6)
Trong đó:
F: diện tích bề mặt của catod (cm
2
).
S: mật độ dòng điện (A/cm
2
).
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất bao gồm:
Tốc độ tiến của dụng cụ
Dựa trên định luật Faraday có thể viết:
Với: thép K= 2 - 2,2 mm
2
/phút.A
Hình 4.5 cho thấy quan hệ giữa tốc độ tiến dụng cụ và mật độ dòng điện.
Hình 4.5. Quan hệ giữa tốc độ tiến của dụng cụ và mật độ dòng điện.
Đồ thị trên hình 4.5 có thể áp dụng trong gia công thép và thép hợp kim.
Điện áp
Định luật Ohm cũng áp dụng với dung dịch điện phân.
96500
60.
γ
n
A
K
=
(cm
3
/phút.A) (4.7)

2,0
1,5
1,0
0,5
0
100 200 300
400
500
s (A/cm
3
)
e (cm/ph)
)(
.
A
R
U
U
FX
I
==
δ
Hình 4.4. Các máy gia công ECM thường được sử dụng.
trên thế giới.
Trong đó:
X: điện dẫn xuất, tức là khả năng dẫn điện của một khối dung dịch mỗi
cạnh bằng 1cm (1/Ω.cm).
F: bề mặt làm việc của điện cực (cm
2
).

δ: khoảng cách điện cực (cm).
Thế vào (4.6) có:
E = K.X/δ.U (cm/ph) (4.9)
Vậy năng suất tỉ lệ thuận với điện áp, nếu khoảng cách điện cực không đổi.
Khi gia công lỗ rỗng có tiết diện khác nhau, điện áp và khoảng cách điện cực
đã được điều chỉnh trước, nếu mật độ dòng điện không đổi thì cường độ dòng điện tất
nhiên phải thay đổi.
Khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân.
Dòng điện đi qua dung dịch điện phân sẽ sinh nhiệt và làm tăng nhiệt độ của
chất điện phân, do đó khả năng dẫn điện tăng, năng suất cũng tăng theo (hình 4.6).
Hình 4.6. Quan hệ giữa khả năng dẫn điện của dung dịch (X) và nhiệt độ (t).
Khả năng dẫn điện của dung dịch điện phân (X) biến đổi theo nhiệt độ với
nồng độ muối NaCl khác nhau. Cần phải hạn chế sự phát nhiệt này bằng cách làm mát
dung dịch điện phân và cho dung dịch lưu thông nhanh hơn. Cáng tăng tốc độ dòng
chảy thì càng tăng mật độ dòng điện, nhưng hydro được tách ra từ dung dịch, đẩ dung
dịch ra khỏi khe hở điện cực, do đó mật độ dòng điện chỉ có thể tăng lên đến một giá
trị nào đó phụ thuộc vào điện áp (hình 4.7).
(4.8)
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
20 40 60 80 100
t (
o
C)

X (1/Ω.cm)
5%
10%
15%
20%
25%
Nồng độ
Hình 4.7. Quan hệ giữa mật độ dòng điện (s) và lưu điện (q) của dung dịch
(l/ph).
Các yếu tố khác.
Ap suất trong dung dịch điện phân phụ thuộc vào bề mặt làm việc của điện cực,
khe hở điện cực và hệ thống lưu thông dung dịch.
Chất lượng của dung dịch điện phân cũng đóng vai trò quan trọng. Người ta
dùng dung dịch muối có tính acid, kiềm hoặc trung tính. Dùng dung dịch trung tính thì
có lợi hơn vì không cần phải bảo vệ thiết bị chống ăn mòn. Gia công lỗ nhỏ thì dùng
dung dịch có tính acid, khoan lỗ lớn thì dùng dung dịch muối (NaCl).
Phoi được lấy ra cũng gây nhiễu cho quá trình gia công. Do đó cần dùng bể
chứa và thường xuyên làm sạch(lượng sắt tối đa trong dung dịch điện phân là 1%). Có
thể lọc hoặc dùng ly tâm để gạn ra. Ở phân xưởng lớn thì cứ 8 giờ thì phải thay dung
dịch điện phân.
Nguyên liệu của điện cực không đóng vai trò quan trọng. Điều quan trọng là
phải dẫn điện tốt và chống ăn mòn trong dung dịch acid. Thông thường dùng vật liệu
bằng đồng hoặc vật liệu không rỉ.
b. Độ chính xác gia công.
Trong quá trình gia công, giữa chi tiết gia công và mặt đầu của điện cực tồn tại
khe hở (δ
h
).
Trong trường hợp khoan lỗ cụt, thì khe hở mặt đầu ảnh hưởng đến độ chính xác
và độ sâu của lỗ. Với tốc độ tiến không đổi của điện cực thì khe hở là hàm số của

điện áp:
δ
h
= k.x/e.U (4.10)
Trong thực tế quan hệ của chúng được thể hiện theo hình 4.8.
0
20
40
60
80
100
0,25 0,5 0,75
1
1,25 1,5
9,6 V
9,94 V
11,16 V
s (A/cm
3
)
q (l/ph)
Hình 4.8. Quan hệ giữa điện áp và khe hở mặt đầu (δ
h
) của điện cực với tốc độ
tiến của điện cực (e) khác nhau (vật liệu gia công là thép C45, K = 2,2 mm
3
/A.ph).
Có thể thấy rằng đồ thị không phải là đường thẳng do ảnh hưởng của những
yếu tố khác (như dòng chảy). Có thể rút ra kết luận rằng, bằng cách nâng tốc độ tiến
điện cực thì có thể giảm sai số của khe hở, tức là giảm sai số gia công, thậm chí có thể

nâng điện áp để làm khe hở trở nên không đổi.
Dòng điện không những chỉ đi qua khe hở mặt đầu, mà còn ở khe hở giữa
thành trong của lỗ và mặt bao qanh điện cực. Ở khe hở này thì tác dụng điện hóa xảy
ra chậm hơn. Tốc độ hòa tan tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bề mặt của điện
cực. Do đó trường hợp gia công lỗ bằng điện cực hình trụ thì đường sinh của lổ có
dạng parabol (4.9).
Hình 4.9. Hình dạng của lỗ gia công bằng điện hóa.
Kích thước của khe hở trên sẽ là hàm số của độ sâu lỗ như trình bày trên hình
4.10.
0,4
0,3
0,2
0,1
0
5 10
15
20
U (V)
δ
h
(mm)
e =0,32 mm/ph
e =0,5 mm/ph
e =1 mm/ph
e =2 mm/ph
h
δ
h
e
δ

e: tốc độ tiến dụng cụ.
δ: khe hở điện cực.
δ
h
: khe hở mặt đầu
Hình 4.10. Quan hệ giữa khe hở điện cực và độ sâu lỗ (h) với các tốc độ tiến
dụng cụ (e) khác nhau.
Nguyên liệu gia công: thép C45, K= 2,2mm
3
/A.phút, dung dịch NaCl,
X
28
= 80.10
3
cm, U = 17 V.
Từ đồ thị trên, nhận thấy rằng nếu tăng tốc độ tiến điện cực thì có thể giảm sai
số hình dáng. Sai số hình dáng có thể hạn chế bằng cách tạo hình điện cực một cách
phù hợp. Nếu bọc cách điện ở chung quanh cho đến cạnh của mặt đầu, thì có thể ngăn
chặn sự hòa tan ở mặt bên, lỗ sẽ có đường sinh song song. Hình dạng phổ biến như
trên hình 4.9, trong đó đường kính ngoài của ống nhựa cách điện phải nhỏ để không
cản trở sự lưu thông của dung dịch. Bán kính vê tròn chu vi ngoài của mặt đầu là 0,13
– 0,18 mm.
Hình 4.11. Hình dạng lỗ được gia công điện hóa bằng điện cực bọc cách
điện mặt bao quanh.
Mặt đáy của lỗ không bao giờ bằng phẳng mà có ụ nổi lên, nếu muốn làm nhẵn
cần có một bước gia công riêng.
Trong trường hợp gia công lỗ có tiết diện thay đổi, thì không dùng điện cực có
bọc cách điện. Ở đây khoảng cách điện cực phụ thuộc rất nhiều vào các thông số hình
học và các thông số khác, do đó trong thực tế không thể chuẩn bị trước một điện cực
được tạo hình theo đúng kích thước và hình dáng của lỗ cần được gia công, mà phải

tạo hình điện cực bằng thực nghiệm. Phương pháp này khá tốn kém, nên chỉ trong sản
0
1
2
3
4
2
4
6 8
10 12
14
h (mm)
δ (mm)
e=0,6 m/ph
e=1
e=2
e=3
: cách điện
:không cách điện
e
a (+)
b
c (-)
d
5R
1,7R
a: chi tiết.
b: dung dịch điện phân.
c: điện cực.
d: lớp cách điện.

e: hướng tiến điện cực.
xuất hàng loạt thì mới có hiệu quả kinh tế. Điện cực không mòn, có thể dùng để gia
công nhiều lần, độ chính xác của lỗ có thể bảo đảm đạt được 0,02 mm.
Muốn đảm bảo độ chính xác kích thước cao, thông thường phải lọc sạch dung
dịch điện phân trong quá trình gia công.
c. Chất lượng bề mặt.
Độ nhám bề mặt khi gia công bằng điện hóa được hình thành rất tốt, đặc biệt là
thép austenit. Với thép cacbon thì bề mặt thô hơn (R
max
= 5 ÷10 µm). Bề mặt sau khi
gia công có thể đánh bóng đạt R
max
<1µm với thép không rỉ, chịu nhiệt và chịu mài
mòn.
Vật liệu sau khi gia công vẫn giữ được tính chất của nó, không có sự thay đổi
trong cấu trúc, không có ứng suất dư và biến cứng bề mặt.
Khi nâng cao năng suất thì độ nhám và độ chính xác cũng tăng theo. Độ nhám
bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như:
- Độ hạt của các tinh thể kim loại.
- Mật độ dòng điện.
- Khe hở mặt đầu.
- Thành phần dung dịch điện phân.
4.1.4. Đặc điểm, kỹ thuật an toàn và phạm vi ứng dụng trong gia công
điện hóa.
a. Ưu, nhược điểm.
• Ưu điểm.
- Do không phải là một quá trình gia công cơ nên phương pháp gia công điện
hóa có một số ưu điểm như:
+ Có thể gia công trên bất cứ loại máy nào.
+ Tốc độ hớt kim loại không phụ thuộc vào độ cứng, độ bền và các

thuộc tính khác của vật liệu cần gia công.
+ Vật liệu làm dụng cụ điện cực không cần có độ cứng cao hơn vật liệu
của chi tiết gia công.
- Do không có sự tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết nên gia công điện hóa có
thể gia công các vật liệu mỏng, dễ biến dạng, giòn mà không gây rạn nứt
lớp bề mặt.
- Do hình dạng chi tiết được quyết định bởi hình dạng của điện cực dụng cụ
nên có thể gia công chi tiết có hình dạng phức tạp một cách dễ dàng.
• Nhược điểm.
- Đắt tiền và chiếm nhiều diện tích nhà xưởng cho việc gia công.
- Dung dịch điện phân sẽ ăn mòn các thiết bị khác.
- Ô nhiễm môi trường là một vấn đề rất quan trọng trong gia công điện hóa
do phát sinh chất thải.
- Dễ phát nổ do sự tích tụ khí hydro.
- Công nhân phải được bảo hộ một cách khắt khe để tránh bị nhiễm độc.
- Cần có khu nhà xưởng riêng biệt dành cho gia công điện hóa.
b. An toàn trong gia công điện hóa.
Cả trong lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy rằng gia công kim loại bằng
phương pháp điện hóa là sự kết hợp của các nhân tố nguy hiểm sau đây:
- Hiệu ứng của khí độc và khí arosol, sản phẩm của quá trình gia công điện
hóa.
- Tác động hóa học bởi dung dịch điện phân.
- Nguy hiểm về điện (điện giật).
- Dễ phát cháy trong trường hợp ngắn mạch giữa hai dây âm, dương.
- Những nhân tố cơ khí.
- Mối nguy hiểm về nổ khí.
- Hiệu ứng trường điện từ.
Khí độc và khí arosol phát sinh trong quá trình điện hóa, khi hít vào, có thể là
nguyên nhân gây tổn hại mãnh liệt đến các cơ quan nội tạng. Ngoài ra chúng còn làm
nhiễm độc và gây ra sự cáu gắt cho công nhân.

Để tránh những điều này, cần tuân thủ theo các biện pháp sau:
- Phải trang bị cho công nhân các thiết bị bảo hộ để không gặp những trường
hợp có hại đến sức khỏe. Đặc biệt, máy gia công điện hóa phải được đặt
trong phòng riêng và cô lập, có thiết bị phân tích khí hydro được đặt ở nơi
thuận lợi nhất để kịp thời báo hiệu khi sự tập trung hydro lên quá cao, dẫn
đến việc nổ khí.
- Thường xuyên kiểm tra thiết bị phân tích khí, hệ thống thông hơi, hệ thống
dẫn khí và các khóa liên hợp.
- Khí độc phải được rút ra ngay từ nơi phát sinh. Khoảng 98% không khí sẽ
luân chuyển nhờ hệ thống thông hơi, được hỗ trợ thêm từ các quạt gió.
- Lắp đặt thiết bị bảo vệ quá tải. Thiết bị này sẽ tự động ngắt dòng điện gia
công trong trường hợp xảy ra sự quá tải.
- Trang bị cho công nhân thiết bị bảo hộ để chống lại hiệu ứng trường điện
từ.
- Chuẩn bị dung dịch điện phân trong một phòng riêng có lắp đặt hệ thống
thông hơi.
Ngoài ra, gia công điện hóa còn phát sinh ra một lượng lớn chất thải. Qua quá
trình nghiên cứu người ta nhận biết được chất thải là sự pha trộn của oxit và hydroxit
của vật liệu gia công được tích tụ trong khi hòa tan kim loại
c. Phạm vi ứng dụng.
Với các đặc điểm như vậy, gia công điện hóa được ứng dụng trong việc gia
công các vật liệu cứng, khó cắt gọt. Ưng dụng rộng rãi của phương pháp này là khoan
lỗ sâu (thông hoặc không thông) và khoan lỗ nhỏ (d = 0,05 – 0,3 mm) đạt R
a
= 0,03
µm.
Ngoài ra phương pháp này còn được ứng dụng để gia công rãnh then, then hoa,
các chi tiết định hình không gian phức tạp với độ chính xác cao.
Trên hình 4.10 là một số chi tiết gia công bằng phương pháp điện hóa.
Tröôùc

Sau
Hình 4.4
Hình 4.12. Một số chi tiết trước và sau khi gia công điện hóa.
Phổ biến nhất là dùng phương pháp này để gia công tạo hình kgông gian phức
tạp bằng thép chịu nhiệt, chịu mài mòn và thép không rỉ. Ví dụ đặc trưng là gia công
cánh tuabin.
Hình 4.13. Gia công cánh tuabin trên máy chuyên dùng điện hóa.
Cánh tuabin rèn bằng thép chịu nhiệt, kích thước 292 x 100 mm. Hai điện cực
gia công với tốc độ tiến e = 0,18 mm/phút, cùng tiến đồng thời, và việc gia công chỉ
mất từ 5 ÷ 10 phút. Trên máy mài thì thao tác này phải mất gần 1 giờ.
Một trường hợp đặc biệt là: điện cực gia công là một ống được uốn theo qui
định và tiến theo một hướng nhất định, dùng để tạo hình mà không cần làm mòn hết
cả khoảng thể tích vật liệu cần lấy đi (hình 4.12). Điện cực là một ống có xẽ rãnh
(hình 4.14).
Hình 4.14. Lấy phoi bằng cách xoi thủng.
m
e
e: điện cực bằng
ống có xẻ rãnh.
m: chi tiết.
b (-)
d
c
a (+)
v
v
e
b (-)
a: cánh tuabin.
b: điện cực gia công.

c: vỏ nhựa.
d: ống dẫn dung dịch
điện phân.
Phương pháp này có thể gia công một cách chính xác những vật quay đối xứng
(chi tiết quay hoặc điện cực quay), phương pháp này gọi là tiện mài bóng, rất thích
hợp để gia công van hình cầu, các rãnh vành khăn, v.v…
Hình 4.15. Điện cực ống để xoi thủng.
e. tốc độ tiến điện cực. a. vật gia công.
c. điện cực ống có xẽ rãnh.
e
a (+)
c (-)
Một số sản phẩm được gia công điện hóa:
4.2. GIA CÔNG ĐIỆN CƠ HÓA.
4.2.1. Đánh bóng điện hóa.
a. Nguyên lý gia công.
Đánh bóng điện hóa là phương pháp bổ sung cho gia công điện hóa. Nguyên lý
hoạt động của phương pháp này giống như gia công điện hóa nhưng điện cực không
chuyển động trong quá trình gia công. Mật độ của dòng điện thấp hơn và tốc độ di
chuyển của chất điện phân thấp hơn nhiều, tốc độ bóc vật liệu cũng giảm, chất lượng
bề mặt cũng tốt hơn.
Hình 4.16. Một số sản phẩm của gia công điện hóa.
Hình 4.17. Sơ đồ nguyên lý gia công bằng đánh bóng điện hóa.
a. Vật gia công (anod). b. Catod. c. Dung dịch điện phân.
Trong phương pháp đánh bóng điện hóa chi tiết gia công (anod) và điện cực
dụng cụ (catod) được nhúng vào dung dịch một cách độc lập nhau. Khi có dòng điện
đi qua thì sự hòa tan anod bắt đầu, dòng điện tập trung ở những điểm nổi nhô lên, còn
chỗ lõm là màng mỏng từ dung dịch điện phân tách ra. Bề mặt gồ ghề dần dần được
làm mất đi và trở nên nhẵn bóng. Trên hình 4.18 trình bày các cách pha trong quá
trình đánh bóng điện hóa.

Hình 4.18. Quá trình làm nhẵn bóng trong phương pháp đánh bóng điện hóa.
b. Các thông số công nghệ.
Ba thông số ảnh hưởng đến quá trình đánh bóng điện hóa đó là:
-
Mật độ dòng điện trên bề mặt được đánh bóng.
-
Nhiệt độ của dung dịch điện phân ở gần phần chi tiết gia công.
-
Thời gian đánh bóng.
a
b
c
a
b
c
Hình 4.19. Anh hưởng của mật độ dòng điện đối với
lượng nguyên liệu lấy đi.
Hình 4.19 trình bày ảnh hưởng của mật độ dòng điện đối với lượng nguyên liệu
đã lấy đi từ bề mặt được đánh bóng. Có thể nhận thấy rằng khi mật độ dòng điện quá
lớn thì đồ thị giảm xuống, như vậy không nên gia công với mức độ dòng điện lớn đến
mức đó.
Nhiệt độ càng cao thì lượng phoi càng lớn (hình 4.20).
Hình 4.20. Anh hưởng của nhiệt độ (t) dung dịch điện phân đến tốc độ lấy phoi
(v) và công suất lấy phoi trung bình (V
D
/F).
Trên hình 4.21 có thể nhận thấy, để đạt được các độ bóng khác nhau (bóng
nhoáng, bóng vừa và bóng đục) thì cần phải gia công với nhiệt độ và mật độ dòng
điện trong phạm vi bao nhiêu.
0,8

1,6
2,4
2,8
20 40 60 80 100 120
S (A/cm
2
)
v (mm/ph)
0,16
0,32
0,48
0,56
V
D
/F (g/dm
3
.ph)
0,8
1,6
2,4
2,8
20
40
60
80 100
120
T
o
C
v (mm/ph)

0,16
0,32
0,48
0,56
V
D
/F (g/dm
3
.ph)
Hình 4.21. Sự hình thành bề mặt được mài bóng đạt các độ bóng khác nhau, với mật
độ dòng điện và nhiệt độ tương ứng với nhau:
1. bóng nhoáng. 2. bóng vừa. 3. bóng đục.
Có thể kết luận rằng , độ bóng nhoáng có thể đạt được với độ phoi lớn, có
nghĩa là với mật độ dòng điện lớn và nhiệt độ cao.
Lượng phoi tăng tỷ lệ thuận với thời gian.
Hình 5.22. Lượng phoi và thời gian đánh bóng.
Ngoài các yếu tố trên, còn có những yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình
gia công như: vật liệu của vật cần được đánh bóng, thành phần dung dịch điện phân,
điện áp giữa anod và catod.
c. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng.
• Đặc điểm
Đánh bóng điện phân không ứng dụng để sửa chữa các bề mặt quá gồ ghề. Độ
gồ ghề được giảm nhiều lắm cũng chỉ 3 – 4 cấp (hình 4.23)
25
50
75
100
S (A/dm
2
)

T
o
C
25
50
75 100
1
2
3
10
20
50
40
30
20
40
60 80 100
120
T (ph)
G (g/dm
2
)
1
2
3
4
1: 100A/dm
2
.
2: 50A/dm

2
.
3: 25A/dm
2
.
4: 5A/dm
2
.
10
20
30
40
50
60
70
1 2
3
4
5
6
R
max
(µm)
h (µm)
Hình 4.23. Sự biến đổi của độ gồ ghề (R
max
) và bề dày (h) của
lớp vật liệu đã lấy đi.
Đánh bóng bằng điện phân bề mặt thô dù có tiến hành trong thời gian dài cũng
không làm mất đi những vết rạn nhỏ li ti và những nhấp nhô trên đó.

Nấu sau khi đánh bóng bằng phương pháp thông thường mà tiến hành đánh
bóng bằng điện phân thì bề mặt có khả năng chịu ăn mòn tốt và có hiệu suất chịu mỏi
tốt, hệ số ma sát giảm mà không gây tác hại nào trên bề mặt.
Có thể dùng phương pháp quang học (phản chiếu và giao thoa) để kiểm tra độ
bóng.
Để có thể gia công đánh bóng bằng điện phân, bề mặt phải thật sạch, không có
dầu mỡ, và chỉ như vậy mới gia công được.
Phương pháp đánh bóng bằng điện phân tiến hành theo quy trình như sau:
- Làm sạch mỡ vật gia công bằng các chất hòa tan mỡ.
-
Làm khô.
-
Phủ bằng nhựa perclorvinil trên các phần bề mặt không phải đánh bóng.
-
Làm sạch mỡ lần nữa trên phần bề mặt đánh bóng.
-
Đánh bóng bằng điện phân.
-
Rửa dung dịch điện phân còn dư trên vật gia công bằng dung dịch trung
hòa.
-
Rửa bằng nước lạnh.
-
Làm trung hòa trong dung dịch 3% Natricacbonat Na
2
CO
3.
-
Rửa bằng nước nóng đang chảy.
Lấy vật gia công xong ra khỏi dung dịch trong khi vẫn còn điện áp, nếu không

bề mặt sẽ bị đen.
Khoảng cách giữa vật gia công và điện cực là khá lớn. sự hòa tan nguyên liệu
xảy ra trên mọi điểm của bề mặt, nhưng ở trên cạnh thì nhiều hơn. Cực catod cần có
hình dạng sao cho điện trường phân bố đồng nhất. Vật liệu điện cực catod thường là
chì.
• Ưu điểm.
Năng suất đánh bóng bằng 3 – 4 lần so với đánh bóng bình thường. Ưu điểm,
cũng như tính chất của phương pháp đánh bóng bằng điện phân có thể tóm tắt dưới
đây:
-
Độ bóng bề mặt rất tốt.
-
Có thể đánh bóng mặt trong và mặt ngoài bất kỳ hình dạng nào.
-
Năng suất gia công tăng mà không đòi hỏi nhiều lao động bằng tay.
-
Thiết bị gia công rẻ và đơn giản.
-
Chất lượng bề mặt được cải thiện hơn.
• Nhược điểm.
-
Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào sự đồng nhất của vật liệu.
-
Khó giữ được đúng kích thước và hình dạng cũ.
-
Tuổi thọ của dung dịch điện phân có hạn.
-
Chỉ áp dụng được với bề mặt không quá gồ ghề.
• Phạm vi ứng dụng.
Với phương pháp đánh bóng bằng điện phân, có thể đánh bóng các vật liệu

bằng thép cacbon, thép hợp kim, đồng, đồng thau, thiếc, nhôm, niken .v.v tất nhiên
với các dung dịch điện phân khác nhau. Để đánh bóng thép thì dùng dung dịch 65%
acid photphorit, 15% acid nitric, 6% carbit crôm và 14% nước. Thông thường dùng
dung dịch có nồng độ đậm. Sau khi đã thành thạo, hiểu kỹ các tính chất của dung dịch
thì hãy dùng dung dịch đó. Khi dùng thử dung dịch thì cho dẫn qua dung dịch một
dòng điện 12 A.giờ/lít. Nhiệt độ tối ưu của dung dịch là 70
o
C, để đánh bóng 1dm
2
thì
dùng 1 lít dung dịch qua 6 giờ, sau đó bổ sung để phục hồi dung dịch. Trên hình
4.24 có thể thấy điện cực catod và chi tiết có dạng mặt phẳng.
Hình 4.24. Cách đặt điện cực khi đánh bóng mặt phẳng.
a. catod. b. vật gia công.
A
Hình 4.25. Đánh bóng mặt trong chi tiết.
Có thể gia công hàng loạt những vật nhỏ, tốc độ của băng chuyền có thể điều
chỉnh sao cho thời gian đã quan dung dịch phù hợp với thời gian gia công (hình 4.26)
Hình 4.26. Gia công chi tiết nhỏ trên băng chuyền.
a. bể dung dịch b. băng chuyền c. vật gia công
d.dung dịch điện phân e. mâm cặp chi tiết gia công
Đánh bóng mặt trụ ngoài tiến hành theo các cách trình bày trên hình 4.27.
Hình 4.27. Cách đặt điện cực khi gia công mặt trụ ngoài,
và các trường hợp hư hỏng.
a. Vật gia công b. điện cực ống c. hư hỏng
d. điện cực dạng vành khăn
Cả ba trường hợp, sự phân bố điện trường đều không hoàn toàn đồng nhất, do
đó vật gia công bị biến dạng. Tốc độ lấy phoi là 3 – 10 m/phút. Các thông số công
nghệ được giới thiệu trên bảng 4.1 áp dụng đối với một số vật liệu.
Bảng 4.1. Thông số công nghệ đánh bóng bằng điện phân.

Vật liệu Điện áp
(V)
Mật dộ dòng điện
(A/dm
2
)
Thời gian đánh bóng
(phút)
Ni 15,68
CrNi 26,68
CrNi 45,68
CrV 150
6
6
6
17
50
50
60
70
6
6 – 8
7
8 - 10

4.2.2. Gia công lỗ điện hóa.
Gia công lỗ điện hóa là ứng dụng của phương pháp gia công điện hóa trong
việc khoan những lỗ rất nhỏ bằng cách sử dụng dòng điện có điện áp cao và dung
dịch điện phân axit. Dụng cụ như là một đầu thủy tinh có điện cực bên trong. Người ta
d

b
c
a
e
+
+
3
3
4
2
1