TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
1. Khái niệm :
Đây là phương pháp gia cơng đặc trưng để gia cơng những bề mặt
có hình dáng nhất định bằng phương pháp ăn mòn điện hóa. Dùng trong
khoan lỗ điện hóa hay còn gọi là gia cơng điện hóa, mài điện hóa,
làm sạch bavia bằng điện hóa (hay đánh bóng điện hóa). Bản chất của
phương pháp gia cơng này là khơng có sự tác động cơ khí của dụng
cụ tới bề mặt gia cơng.
2. Tổng quan về phương pháp gia cơng điện hóa :
Phương pháp gia cơng điện hóa dựa trên sự hòa tan điện cực
dương trong q trình điện hóa ( điện phân ) trong một pin điện .
Hiện tượng điện phân là tên gọi của một q trình xảy ra khi một
dòng điện được truyền qua hai điện cực nhúng trong dung dịch điện
phân. Hệ thống bao gồm các điện cực và dung dịch điện phân được gọi là
pin điện, phản ứng hóa học xảy ra tại các điện cực gọi là phản ứng catot
hoặc phản ứng anot. Ví dụ một điện cực sắt được nối vào nguồn điện một
chiều và được nhúng vào dung dịch NaCl.
Một ampe kế được đặt trong mạch sẽ cho ta biết dòng điện hiện
tại. Với một trị số dòng điện xác định, người ta biết được đặc tính dẫn
điện của dung dịch NaCl.
Ví dụ phản ứng hòa tan sắt trong dung dịch muối ăn (NaCl). Kết
quả của q trình điện phân:
H
2
O  H
+
+ (OH)
-
và NaCl  Na
+
+ Cl

2
+ 2H
2
O + O
2 Fe(OH)
3
.
Mặc dù được hình thành từ dung dịch điện phân, nhưng các muối
trong dung dịch khơng bị mất đi, chỉ một phần nước bị phản ứng trong
q trình điện phân nhưng để giữ nồng độ dung dịch là hằng số, cần phải
thêm nước vào.
Với dung dịch điện phân tổng hợp, q trình điện phân là một q
trình phức tạp trong đó sắt bị hòa tan tại anot, và khí hyđro được tạo ra tại
catot.
Phương pháp gia cơng điện hóa lấy kim loại bằng cách hòa tan
anot có nhiều thuận tiện so với các phương pháp khác. Kim loại được lấy
đi tương tự như hình dáng của điện cực dụng cụ, thậm chí có những hình
dáng đặt biệt, kích thước và bề mặt hồn tất.
Bảng Các thơng số điển hình của gia cơng điện hóa
Nguồn điện
Loại Một chiều
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
1
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Điện thế 5 ÷ 30 V (liên tục hoặc xung)
Cường độ 50 ÷ 40,000 A
Mật độ dòng điện 10 ÷ 500 A/cm

- Cường độ dòng điện sử dụng trong hệ thống gia cơng điện hóa phụ thuộc
vào các thơng số trên và kích thước của bề mặt gia cơng.
Trong q trình gia cơng điện hóa, sự phân bố của mật độ dòng điện trên bề
mặt anot và khe hở giữa các điện cực là rất quan trọng, nó phụ thuộc vào các
thơng số trên và đặc tính điện hóa của vật liệu chi tiết và điện cực.
Tóm lại, những đặc trưng chính của q trình gia cơng điện hóa là:
- Tốc độ gia cơng khơng phụ thuộc vào cơ tính của kim loại mà phụ thuộc
vào vật liệu chi tiết. Tốc độ thường đạt được vào khoảng 1200÷2500mm
3

cho mỗi 1000A năng lượng cung cấp.
- Độ chính xác của gia cơng điện hóa phụ thuộc vào hình dạng và kích
thước của chi tiết gia cơng. Độ chính xác đạt được xấp xỉ 0,05÷0,3mm
nếu sử dụng dòng liên tục, 0,02÷0,05mm nếu dùng xung.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
2
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
- Độ nhám bề mặt giảm khi tăng tốc gia cơng (cho vật liệu điển hình). Độ
nhám bề mặt vào khoảng R
a
= 0,1÷2,5mm.
- Q trình gia cơng điện hóa khơng tạo ra ứng suất dư trong chi tiết sau
khi gia cơng.
- Khơng có sự hao mòn điện cực (dụng cụ cắt).
- Năng lượng tiêu thụ trong q trình gia cơng điện hóa khá cao (từ
200J/mm
3
đến 600J/mm
3
), phụ thuộc vào điện thế và đặc tính điện hóa

Bơ
m
Chất
điện
phân
Cặn
Chi
tiết
Bảo vệ ngắn
mạch
Bàn máy
P vào

vàovà
ovào
P ra
vàovà
ovào
Cách điện
Van
chặn
3
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Sự phân bố khơng đồng đều của lượng kim loại bị lấy đi trên bề mặt gia cơng
gây nên các thay đổi hình dáng của chi tiết. Trong q trình gia cơng điện hóa
lượng kim loại bị lấy đi này cân bằng với vận tốc hòa tan anot V
n
.
Hình Một số phương pháp cắt trong gia cơng điện hóa
Xét một phần nhỏ bề mặt anot vời điện tích ∆A có dòng điện chạy qua ∆I

là tỷ trọng của vật liệu chi tiết.
Tốc độ hòa tan cần thiết có thể tính bằng:
V
n
= i
a
hay V
n
= K
v
i
a
(4.4)
trong đó i
a
= là mật độ dòng trên anot.
Số hạng K
v
= k/p là hệ số thể hiện khả năng gia cơng điện hóa và bằng thể tích
kim loại bị hòa tan khỏi anot trên đơn vị điện tích. Hệ số K
v
chỉ có thể xác định
bằng thực nghiệm bằng nhiều phương pháp khác nhau. Các giá trị của K
v
cho
các vật liệu khác nhau cho bởi các bảng 4.2 và 4.3.
Bảng K
v
ở hiệu suất dòng 100% ( = 1)
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4

5
9,8 4,43
2,62
Catmi 112,40 2 8,67 4,1
Crơm
51,896 2
3
6
7,2 2,25
1,51
0,75
Coban
58,93 2
3
8,92 2,05
1,38
Niobi
92,906 3
4
5
8,59 2,16
1,69
1,34
Đồng
63,546 1
2
8,97 4,39
2,20
Germani 72,59 4 5,32 2,13
Vàng

3
4
6
7
7,48 2,26
1,48
1,15
0,77
0,65
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
6
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Molypđen
95,94 3
4
6
10,22 1,95
1,47
0,98
Niken
58,71 2
3
8,92 2,11
1,36
Osmi
109,20 2
3
4
8
2,58 2,62

204,37 1
3
11,86 10,66
3,61
Thori 232,038 4 11,66 3,12
Thiếc
118,69 2
4
7,31 5,05
2,52
Titan
47,90 3
4
4,52 2,19
1,65
Tungsten
183,85 6
8
19,31 0,98
0,74
Urani
238,03 4
6
19,09 1,92
1,29
Vanađi
50,95 3
5
6,09 1,74
1,05

v
= K
v
.l
(4.5)
Lượng vật liệu bị lấy đi trong ECM phụ thuộc vào đặc tính điện hóa của vật liệu
(K
v
) và tỷ lệ với tổng dòng điện.
Năng lượng tiêu thụ của một q trình ECM được xác định là năng lượng cần
thiết cho việc hòa tan một đơn vị thể tích vật liệu gia cơng:
e =
dV
dE
Trong khoảng thời gian dt, lượng năng lượng tiêu thụ trong ECM: dE = UIdt, và
thể tích vật liệu bị hòa tan là dv = K
v
Idt, do đó:
e =
v
K
U
(4.6)
Hiệu suất dòng và K
v
phụ thuộc vào dung dịch điện phân và mật độ dòng.
Hình 4.7 và 4.8 mơ tả hàm K
v
= K
v

Z
a
∂
∂
khai triển: V
z
=
),,cos(
),,(
tyx
tyxV
aa
aan
trong đó x
a
, y
a
, z = z
a
(x
a
, y
a
, t) là tọa độ của các điểm nằm trên anot và là góc
giữa các pháp tuyến bề mặt anot n
a
và trục z.
n
a
= (

(4.7)
Thay thế vận tốc phân bố V
z
vào trong cơng thức (4.7) ta được cơng thức tạo
hình điện hóa trong hệ tọa độ Đêcác:
t
z
a
∂
∂
= K
v
.i
a
(x
a
, y
a
, t)
22
)()(1
y
z
x
z
aa
∂
∂
+
∂

∂
+
∂
∂
=
= 0
Gradien hàm F:
∆
F = grapF =
k
t
f
j
y
f
i
x
f
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
Ta có:
dt
dx
= V

niK ..
(4.10)
trong đó
f
f
n
a
∆
∆
=
= là vectơ pháp đơn vị của bề mặt.
Thay thế cơng thức (4.10) vào cơng thức (4.9) và đơn giản , ta được:
+
∂
∂
t
f
K
v
i
a
f∆

= 0 (4.11)
Cơng thức (4.11) và (4.10) mơ tả q trình phát triển của bề mặt chi tiết cho tất
cả các PPGC điện hóa.
Để giải bài tốn này ta cần thiết phải biết điều kiện ban đầu và sự phân bố mật
độ dòng i
a
(x

2)
Định
lu
ật
2 Faraday :
- Các đương lượng điện hố tỉ lệ với đương lượng gam của các chất được
giải phóng trong q trình điện phân. Đương lượng gam bằng tỉ số giữa
trọng lượng ngun tử A và hố trị n. Vậy : K =(1/F). (A/n) với đơn vị ;
[K] = g/A.s ;g/A.ph ;
mm3/A.s ; mm/A.s
- Cơng thức của định luật hợp nhất :
m = (1/F). (A/n) . It = K.I.t
- Trong thực tế khi gia cơng kim loại khơng tinh khiết hoặc các hợp kim của
chúng gồm nhiều hợp chất khác nhau (ví dụ thép hợp kim) thì đương lượng
điện hố của chúng được xác định 1 cách tương đối theo các thành phần hợp
kim .
5. Máy và dụng cụ gia cơng :
1) Điện cực dụng cụ – catod :
- Vật liệu chế tạo điện cực phải được chế tạo bằng các kim loại có tính
dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt, điển hình như thép khơng rỉ, thép chịu
nhiệt, hợp kim titan, grafit, . . .
- Để tạo biến dạng của dụng cụ có thể sử dụng các phương pháp
sau : gia cơng cắt gọt đúc chính xác, mạ chất dẻo, phun kim loại.
2) Dung dịch điện phân :
- Vai trò quan trọng của dung dịch điện phân là tạo sự di chuyển của các
tia lửa điện bằng các ion giữa các anod và catod. Ngồi ra các ion của dd
điện phân còn tham gia tích cực vào các phản ứng điện cực. Dung dịch điện
phân được sử dụng để hồ tan liên tục kim loại của chi tiết (anod) do đó
thành phần của nó phải được chọn đúng để tránh khả năng tạo các chất
khơng hồ tan gây ra sự trơ hố bề mặt của chi tiết. Vì vậy sự tồn tại của

x
k
δ

Mối quan hệ giữa khe hở gia cơng, tốc độ tiến và mật độ
dòng điện
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
11
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
- Trong thực tế quan hệ đó thay đổi theo đồ thị hình 4.4.
- Có thể thấy rằng đồ thị khơng phải là đường thẳng do ảnh hưởng
của những yếu tố khác nhau (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 cơng, thậm chí có thể nâng điện áp lên thì sẽ làm khe hở
trở nên khơng đổi.
- Dòng điện khơng những chỉ đi qua khe hở mặt đầu, mà cả ở khe hở giữa
thành trong của lỗ với mặt bao quanh điện cực. Ở khe hở này thì tác dụng
điện hố của dòng điện xảy ra chậm hơn. Tốc độ hồ tan tỉ lệ nghịch với
khoảng cách giữa các bề mặt của điện cực. Do đó trường hợp gia cơng lỗ
bằng điện cực hình trụ thì đường sinh của lỗ có dạng parabol.
Hình 4.4 :
Quan hệ giữa điện áp và khoảng cách mặt đầu ( Eh ) của
điện cực với tốc độ tiến điện cực (e) khác nhau ( Ngun
vật liệu gia cơng : thép C45 K=2,2 mm3/A. min)
Hình 4.5 :
Hình dạng của lỗ gia cơng bằng điện hóa.
e: Tốc độ tiến cực.
e : Khe hở điện cực.
h: Khe hở mặt đầu.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4