聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、文檔打包終稿】

購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)請(qǐng)充值后下載，資源目錄下的文件所見(jiàn)即所得，都可以點(diǎn)開(kāi)預(yù)覽，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖，doc,docx為WORD文檔，有不明白之處，可咨詢QQ:1304139763 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B090203 姓 名 宋璋璋 學(xué) 號(hào) B09020321 導(dǎo) 師 賈建利 年 月 日 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾 本人所寫(xiě)的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 XXXXXXXX 均 系本人獨(dú)立完成 沒(méi)有抄襲行為 凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料 均 作了注釋 若有不實(shí) 后果由本人承擔(dān) 承諾人 簽名 年 月 日 I 摘 要 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理將工件加工成型的一 種特種加工方法 其材料的減少過(guò)程以離子的形式進(jìn)行 由于金屬離子的尺寸非常微小 因此這種微溶解去除方式使得電解加工技術(shù)在微細(xì)制造領(lǐng)域有著很大的發(fā)展?jié)摿?特 別是對(duì)于難切削加工材料 形狀復(fù)雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢(shì) 在航空 航天 推進(jìn)器以及兵器制造上得到廣泛的應(yīng)用 成為國(guó)防工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵制造技術(shù) 根據(jù)研究對(duì)象聯(lián)接環(huán)熱鍛模 設(shè)計(jì)一套加工該熱鍛模的電解加工工裝 包括 1 聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工陰極 2 裝夾熱鍛模加工陰極和工件的夾具裝置 3 運(yùn)用 Pro E UG 等軟件畫(huà)出聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖 電解加工裝 置除了應(yīng)保證工件裝夾和定位外 還應(yīng)考慮導(dǎo)電 供液 流場(chǎng)分布 非加工面的保護(hù) 工件和工具 即正負(fù)極 陰陽(yáng)極 之間的絕緣等問(wèn)題 關(guān)鍵詞 電解加工 聯(lián)接環(huán)鍛模 工裝設(shè)計(jì) II Abstract Electrochemical machining is based on the principle of metal electrochemical anodic dissolution in the electrolyte will be a special processing method for workpiece processing The material reduction process to ionic form due to the tiny size of metal ion has great potential of development so that the micro dissolve and remove makes electrochemical machining technology in micro manufacturing field In particular has significant advantages for processing hard machining materials complex shape or thin walled parts widely used in aviation aerospace propulsion and the manufacture of weapons become the key manufacturing technology of national defense in industrial production According to the research object coupling ring of hot forging die electrolytic processing to design a set of processing the hot forging die including 1 connecting the ECM cathode ring hot forging die 2 fixture clamping device of hot forging die machining cathode and workpiece 3 the use of Pro E UG and other software to draw a connection ring of hot forging die electrochemical machining tooling 3D assembly drawing Electrolytic processing apparatus should not only ensure the workpiece clamping and positioning but also should consider conducting fluid flow field distribution not processing surface protection workpiece and tool i e positive and negative yin and Yang insulation problem between Key Words Electrochemical machining a connecting ring forging die fixture design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第 1 章 緒論 1 1 1 電解加工原理 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 1 微秒級(jí)脈沖電流加工 3 1 2 2 微精加工 3 1 2 3 數(shù)控展成加工 4 1 3 課題研究?jī)?nèi)容 6 第 2 章 電解加工理論分析 8 2 1 加工影響分析 8 2 2 電極對(duì)流場(chǎng)的影響分析 10 第 3 章 聯(lián)接環(huán)熱鍛模設(shè)計(jì)及其電解加工陰極設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3 1 陰極材料的選擇 13 3 2 陰極的尺寸設(shè)計(jì) 13 第 4 章 聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工工裝設(shè)計(jì) 14 4 1 聯(lián)接環(huán)熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì) 14 4 2 聯(lián)接環(huán)熱鍛模夾具裝夾設(shè)計(jì) 15 4 3 水套設(shè)計(jì) 17 4 4 底座設(shè)計(jì) 17 4 5 聯(lián)接環(huán)熱鍛模導(dǎo)電方式 17 4 6 聯(lián)接環(huán)熱鍛模供液方式 18 4 7 聯(lián)接環(huán)電解流場(chǎng)的設(shè)計(jì) 19 4 7 工裝總體設(shè)計(jì)圖 21 總 結(jié) 23 參考文獻(xiàn) 24 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) IV 致謝 26 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1 1 電解加工原理 電解加工 Electrochemical Machining ECM 是利用陽(yáng)極溶解的原理并借助于成 型陰極將工件按一定的形狀和尺寸加工成型的一種加工工藝方法 其理論基礎(chǔ)是 1834 年 法拉第發(fā)現(xiàn)的金屬陽(yáng)極溶解基本定律 即法拉第定律 圖 1 1 所示為電解過(guò)程示意圖 圖 中顯示金屬鐵電解的過(guò)程 它由電解質(zhì)溶液 直流電源 連接電源正極的工件陽(yáng)極 連接 電源負(fù)極的工具陰極組成 當(dāng)接通電源后 電解反應(yīng)并未開(kāi)始就發(fā)生 只有當(dāng)電壓升高到 臨界值 分解電壓 后 電解過(guò)程才開(kāi)始 在陰極處開(kāi)始有氣泡生成 在陽(yáng)極處開(kāi)始有電 解產(chǎn)物出現(xiàn) 圖 1 1 電解加工過(guò)程示意圖 在陰極和陽(yáng)極的電極 溶液界面上發(fā)生主要電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為 陽(yáng)極一側(cè) Fe Fe2 2e 陽(yáng)極溶解 Fe2 2OH O2 Fe OH 2 淡綠色絮狀物 4Fe OH 2 2H2O O2 4Fe OH 3 紅棕色絮狀物 陰極一側(cè) 2H 2e H2 逸出氫氣 如果陽(yáng)極只發(fā)生陽(yáng)極溶解而沒(méi)有析出其它物質(zhì) 則根據(jù)法拉第第一定律 陽(yáng)極溶解的 金屬質(zhì)量為 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 2 M kQ kIt 陽(yáng)極溶解的金屬體積為 V M KIt It 從電解加工的試驗(yàn)中可以得出 實(shí)際加工過(guò)程陽(yáng)極金屬的溶解量并不和理論的計(jì)算量 相同 通常是理論計(jì)算量會(huì)大于實(shí)際的溶解量 極少數(shù)情況也會(huì)發(fā)生實(shí)際溶解量大于理論 計(jì)算量的情況 其原因是在理論計(jì)算時(shí) 采用了 陽(yáng)極只發(fā)生確定原子溶解而沒(méi)有其它物 質(zhì)析出 這一假設(shè) 而實(shí)際加工情況是 1 實(shí)際溶解的原子價(jià)比計(jì)算用的原子價(jià)要高或低 2 除金屬溶解外還有一些副反應(yīng)消耗了一部分電流 3 金屬有時(shí)在電解加工過(guò)程中由于材料組織不均勻或金屬材料與電解液的匹配不當(dāng)發(fā) 生剝落而不是完全由金屬均勻溶解所致 為了表示這個(gè)實(shí)際和理論的差別 引入電流效率概念來(lái)表示實(shí)際溶解金屬所耗用的電 量和通過(guò)陽(yáng)極總電量的比例關(guān)系 電流效率 定義為 理論去除量 實(shí)際去除量 影響電流效率的因素有 電流密度 電解液的種類(lèi) 濃度及溫度等工藝條件 其中 作為計(jì)算電解加工速度 分析電解成型規(guī)律的必要參數(shù)之一 電流密度對(duì)于電流效率的影 響可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得兩者之間的關(guān)系曲線 即 i 曲線 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電解加工在國(guó)外是五十年代出現(xiàn)的 由于它具有效率高 質(zhì)量好 復(fù)雜型面可一次 成型 以及不受被加工材料機(jī)械性能的限制 工具耗損小等優(yōu)點(diǎn) 所以受到普遍重視 六 十年代 在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及鍛模加工方面取得了比較顯著的成效 主要應(yīng)用于鍛模型 腔 深孔 小孔 長(zhǎng)鍵槽等截面葉片整體葉輪以及去毛刺等 并取得了顯著的技術(shù) 經(jīng) 濟(jì)效果 因此 得到比較迅速的發(fā)展 據(jù)統(tǒng)計(jì) 自1960年到1975年 電解加工在難切削 材料加工中所占的比例增加兩倍 從1960年的15 增加到1975年的45 八九十年代在 某些領(lǐng)域得到了新的應(yīng)用 其應(yīng)用要求也越來(lái)越高 九十年代后期起 電解加工研究 機(jī)構(gòu)及人員逐漸壯大 應(yīng)用領(lǐng)域 尤其在航天 航空 兵器領(lǐng)域 進(jìn)一步擴(kuò)展 研究 成果及論著數(shù)量激增 工藝技術(shù)水平 設(shè)備性能及產(chǎn)業(yè)發(fā)展均達(dá)到了一個(gè)新的高度 進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái) 高速發(fā)展的高新技術(shù)和電解加工融合 使其面臨從一般加工到精密 加工的突破 目前電解加工工藝技術(shù)研究涉及的方向很多 主要集中在電解復(fù)合加工 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 3 細(xì)微加工 數(shù)控展成加工及高頻脈沖電流加工等幾大領(lǐng)域 在經(jīng)歷大約 20 年的低潮后 從 20 世紀(jì) 90 年代后期起 電解加工又重新煥發(fā)了生 機(jī) 其研究機(jī)構(gòu)及人員逐漸壯大 應(yīng)用領(lǐng)域 尤其在航天 航空 軍工領(lǐng)域 有所擴(kuò)展 研究成果及論著數(shù)量激增 工藝技術(shù)水平及設(shè)備性能均達(dá)到了一個(gè)新的高度 目前 電解加工工藝技術(shù)研究涉及的方向較多 但主要集中在微秒級(jí)脈沖電流加 工 微精加工 數(shù)控展成加工 陰極設(shè)計(jì)及磁場(chǎng)對(duì)電解加工的影響等五大領(lǐng)域 下面 分別加以詳述 1 2 1 微秒級(jí)脈沖電流加工 自 20 世紀(jì) 70 年代初起 前蘇聯(lián) 美國(guó) 日本 法國(guó) 波蘭 瑞士 西德等相繼 開(kāi)始了對(duì)脈沖電流電解加工的研究 在國(guó)內(nèi) 多家單位相繼開(kāi)展了毫秒級(jí)脈沖電 流電解加工的研究并成功用于工業(yè)生產(chǎn) 隨著近代功率電子技術(shù)的發(fā)展 新型快速功 率電子開(kāi)關(guān)元件如 MOSFET IGBT 等出現(xiàn) 使得有可能實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)脈沖電流電解加工 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái) 微秒級(jí)脈沖電流電解加工基礎(chǔ)工藝研究取得突破性進(jìn)展 研究表 明 此項(xiàng)新技術(shù)可以提高集中蝕除能力 并可實(shí)現(xiàn) 0 05mm 以下的微小間隙加工 從 而可以較大幅度地提高加工精度和表面質(zhì)量 型腔最高重復(fù)精度可達(dá) 0 05mm 1 2 3 最低表面粗糙度可達(dá) Ra0 40 1 有望將電解加工提高到精密 加工的水平 而且可促進(jìn)加工過(guò)程穩(wěn)定并簡(jiǎn)化工藝 有利于電解加工的擴(kuò)大應(yīng)用 國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)利用微秒級(jí)脈沖電流開(kāi)展了模具型腔及葉片型面加工 型腔 拋光 電解刻字 電解磨等工藝可行性試驗(yàn)以及氣門(mén)模具生產(chǎn)加工試驗(yàn) 1 3 研究成 果進(jìn)一步從工藝角度證實(shí)了上述結(jié)論 1 2 2 微精加工 從原理上而言 電化學(xué)加工技術(shù)可分為兩類(lèi) 一類(lèi)是基于陽(yáng)極溶解原理的減材技 術(shù) 如電解加工 電解拋光等 另一類(lèi)是基于陰極沉積原理的增材技術(shù) 如電鍍 電 鑄 刷鍍等 這兩類(lèi)技術(shù)有一個(gè)共同點(diǎn) 即材料的去除或增加過(guò)程都是以離子的形式 進(jìn)行的 由于金屬離子的尺寸非常微小 10 1nm 級(jí) 因此 相對(duì)于其它 微團(tuán) 去除 材料方式 如微細(xì)電火花 微細(xì)機(jī)械磨削 這種以 離子 方式去除材料的微去除方式 使得電化學(xué)加工技術(shù)在微細(xì)制造領(lǐng)域 以至于納米制造領(lǐng)域存在著極大的研究探索空 間 從理論上講 只要精細(xì)地控制電流密度和電化學(xué)發(fā)生區(qū)域 就能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微細(xì) 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 4 溶解或電化學(xué)微細(xì)沉積 微細(xì)電鑄技術(shù)是電化學(xué)微細(xì)沉積的典型實(shí)例 它已經(jīng)在微細(xì) 制造領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用 微細(xì)電鑄是 LIGA 技術(shù)一個(gè)重要的 不可替代的組成部分 已經(jīng)涉足納米尺寸的微細(xì)制造中 激光防偽商標(biāo)模版和表面粗糙度樣塊是電鑄的典型 應(yīng)用 5 6 但電化學(xué)溶解 成型 加工的雜散腐蝕及間隙中電場(chǎng) 流場(chǎng)的多變性嚴(yán)重制約 了其加工精度 其加工的微細(xì)程度目前還不能與電化學(xué)沉積的微細(xì)電鑄相比 目前電 化學(xué)微精成型加工還處于研究和試驗(yàn)階段 其應(yīng)用還局限于一些特殊的場(chǎng)合 如電子 工業(yè)中微小零件的電化學(xué)蝕刻加工 美國(guó) IBM 公司 微米級(jí)淺槽加工 荷蘭飛利浦公司 微型軸電解拋光 日本東京大學(xué) 已取得了很好的加工效果 精度已可達(dá)微米級(jí) 5 微 細(xì)直寫(xiě)加工 微細(xì)群縫加工及微孔電液束加工 以及電解與超聲 電火花 機(jī)械等方 式結(jié)合形成的復(fù)合微精工藝已顯示出良好的應(yīng)用景 9 12 1 2 3 數(shù)控展成加工 傳統(tǒng)的拷貝式電解加工的陰極設(shè)計(jì)制造困難 加工精度難以保證 尤其對(duì)整體葉 輪上的扭曲葉片之類(lèi)通道狹窄的零件表面 由于受工具陰極剛性及加工送進(jìn)方式的限 制 拷貝式電解加工更難以完成其加工任務(wù) 20 世紀(jì) 80 年代初 以簡(jiǎn)單形狀電極加工 復(fù)雜型面的柔性電解加工 數(shù)控展成電解加工的思想開(kāi)始形成 它以控制軟件的編 制代替復(fù)雜的成形陰極的設(shè)計(jì) 制造 以陰極相對(duì)工件的展成運(yùn)動(dòng)來(lái)加工出復(fù)雜型面 這種加工方法工具陰極形狀簡(jiǎn)單 設(shè)計(jì)制造方便 應(yīng)用范圍廣 具有很大的加工柔性 適用于小批量 多品種 甚至單件試制的生產(chǎn)中 80 年代中期 前蘇聯(lián)烏法航空學(xué)院 特種加工工藝及設(shè)備研究所以過(guò)程控制為突破口 設(shè)計(jì)了一種柔性電解加工單元 應(yīng) 用特殊的電流脈沖波形和高選擇性的電解液 加工精度達(dá) 0 02mm 表面粗糙度達(dá) Ra0 2 0 6 m 波蘭華沙工業(yè)大學(xué)的 Kozak 教授于 1986 年率先提出了電解銑削的思想 以棒狀旋轉(zhuǎn)陰極作類(lèi)似于圓柱狀側(cè)銑刀的成形運(yùn)動(dòng)來(lái)形成加工表面 成功地應(yīng)用于直 升機(jī)旋翼座架型面的加工 加工中采用 NaNO3 電解液 精度可達(dá) 0 01 0 02mm 表 面粗糙度達(dá) Ra0 16 0 63 m 波蘭 Cracow 金屬切削學(xué)院的 A Ruszaj 和 J Cekaj 教授利 用形似球頭銑刀的工具陰極 進(jìn)行了型面光整加工的試驗(yàn)研究 取得了形狀誤差小于 0 01mm 的加工效果 從而證明了該工藝在模具的光整加工方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值 美國(guó) 英國(guó) 俄羅斯都高度重視數(shù)控電解加工技術(shù)的研究并已得到應(yīng)用 在新型航空 發(fā)動(dòng)機(jī)及航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制中發(fā)揮了重要作用 美國(guó) GE 公司的五軸數(shù)控電解加 工 美國(guó) 俄羅斯仿形電解加工帶冠整體葉輪代表了數(shù)控電解加工整體葉輪的國(guó)際先 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 5 進(jìn)水平 南京航空航天大學(xué)從 20 世紀(jì) 80 年代中期開(kāi)始進(jìn)行數(shù)控展成電解加工工藝技術(shù)的 研究 已在電解加工設(shè)備研制 加工機(jī)理研究 控制軟件編制及工藝試驗(yàn)等方面均取 得了重要進(jìn)展 7 8 9 具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面 1 設(shè)備研制 研制了五軸數(shù)控電解加工機(jī)床及配套的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù) 控系統(tǒng) 該機(jī)床具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸及二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸 各軸均采用步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng) 多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)為二級(jí)數(shù)控系統(tǒng) 上位機(jī)為一臺(tái)通用計(jì)算機(jī) 用于數(shù)據(jù)處 理及生成數(shù)控加工程序 下位機(jī)為組合在一起的五臺(tái)經(jīng)濟(jì)型二軸數(shù)控單元及其驅(qū)動(dòng)單 元 用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng) 2 成形規(guī)律研究 研究了棒狀外噴式陰極 三角形截面 內(nèi)噴式陰極 矩形截面內(nèi)噴式陰極三種狀況下展成電解加工間隙隨一些主要工藝參數(shù) 變化的規(guī)律 3 陰極設(shè)計(jì) 針對(duì)整體葉輪結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)制造了不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)槽陰極 型 面精加工陰極 并通過(guò)工藝試驗(yàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷改進(jìn) 現(xiàn)已設(shè)計(jì)出了新穎結(jié)構(gòu)的組 合式開(kāi)槽陰極及矩形截面整體式型面精加工陰極 很好地解決了加工過(guò)程中易產(chǎn)生的 陰極短路燒傷問(wèn)題 4 加工軟件開(kāi)發(fā) 針對(duì)整體葉輪的開(kāi)槽加工及型面精加工 開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)控展 成電解加工軟件 具有葉片型面的數(shù)據(jù)處理 數(shù)控加工的展成運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算及整體葉 輪的三維型面幾何造型等功能 5 加工工藝試驗(yàn) 包括直紋面 非直紋面整體葉 渦 輪及帶冠整體葉輪的展成電解 加工 葉片型面電解拋光與五軸聯(lián)動(dòng)電解磨削等 試驗(yàn)表明 工藝過(guò)程穩(wěn)定可靠可以 獲得較高的加工精度和較低的表面粗糙度 陰極設(shè)計(jì) 目前的生產(chǎn)實(shí)際中 多采用迭代試驗(yàn)修正法來(lái)制作陰極 這不僅浪費(fèi)人力物力 而且要求操作者具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和很高的技術(shù)水平 同時(shí)也大大延誤了生產(chǎn)周期 增加了制造成本 特別是對(duì)于形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件 陰極設(shè)計(jì)問(wèn)題已成為 影響電解加工應(yīng)用的一個(gè)重要原因 南京航空航天大學(xué)研究設(shè)計(jì)了陰極設(shè)計(jì) CAD CAE CAM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架以及開(kāi)發(fā)策略 該系統(tǒng)基于專家系統(tǒng) 結(jié)合專業(yè)技術(shù) 人員和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)來(lái)優(yōu)選工藝參數(shù) 并且采用基于自由邊界的數(shù)值算法 保證算 法的收斂性 10 南京航空航天大學(xué)還提出了一種基于正問(wèn)題數(shù)值求解模擬 試驗(yàn)修整 進(jìn)行陰極設(shè)計(jì)的方法 該方法將生產(chǎn)實(shí)際中制造陰極的過(guò)程再現(xiàn)于計(jì)算機(jī)上 采用有 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 6 限元求解拉普拉斯方程得到加工間隙中的電位分布 通過(guò)不斷地將獲得的等位線與理 想工件邊界進(jìn)行比較 將得到的差值映射到陰極端 用來(lái)指導(dǎo)陰極的修整 直到工件陽(yáng)極端的差值小于所允許的值 該設(shè)計(jì)方法具有 易于處理復(fù)雜邊界 收斂性好 精度高的特點(diǎn) 11 合肥工業(yè)大學(xué)也提出了應(yīng)用陰極設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表來(lái)進(jìn)行陰極設(shè)計(jì)的方法 通過(guò)合理設(shè) 計(jì)工藝試驗(yàn) 獲取了特征部位的加工間隙偏差值 據(jù)此計(jì)算出各特征部位對(duì)應(yīng)陰 極處的附加修正量 在此基礎(chǔ)上 建立五種陰極設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 為陰極設(shè)計(jì)提供了 豐富的修正數(shù)據(jù) 在此基礎(chǔ)上 可望建立陰極設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù) 12 磁場(chǎng)提高電解加工精度的研究這項(xiàng)技術(shù)早期研究較多的是磁場(chǎng)對(duì)電解磨削 電解 拋光的影響 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)開(kāi)展了電解成型加工疊加磁場(chǎng)的研究 西北工業(yè)大學(xué)的研 究發(fā)現(xiàn)當(dāng)加工對(duì)象是鈦合金或者是在 NaCl 電解液中加工 45 鋼時(shí) 磁場(chǎng)可以顯著減少 雜散腐蝕 提高加工精度 而在 NaNO3 電解液中加工 45 鋼則效果甚微 13 西安工業(yè) 學(xué)院進(jìn)行了磁場(chǎng)影響電場(chǎng)的仿真試驗(yàn)及在電解加工裝置上疊加磁場(chǎng)的加工工藝試驗(yàn) 試驗(yàn)表明 電解加工過(guò)程中疊加磁場(chǎng)會(huì)改變?cè)须妶?chǎng)分布 進(jìn)而改變間隙流場(chǎng)的分布 從而有利于解決以往電解加工過(guò)程中的雜散腐蝕現(xiàn)象 提高電解加工的質(zhì)量 只有在 疊加磁場(chǎng)方向垂直于電場(chǎng)方向且 N 極指向電場(chǎng)疊加磁場(chǎng)時(shí) 對(duì)電場(chǎng)均布有較明顯的作 用 14 此外 采取切割流線的方向疊加磁場(chǎng) 洛侖茲力的作用有利于成股的束流展 開(kāi) 磁場(chǎng)可以減小電解液的粘度 改善其流動(dòng)性能 有利于及時(shí)排走電解產(chǎn)物和熱量 改善加工條件 提高加工穩(wěn)定性 15 除了上述五大研究方向之外 帶冠整體葉輪加工 周期循環(huán)電解加工 數(shù)控銑床 電解加工 脈沖電解加工間隙測(cè)控方法 基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電解加工精度預(yù)測(cè)模型 電解加工中管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等工藝技術(shù)的研究均有所創(chuàng)新或突破 1 3 課題研究?jī)?nèi)容 根據(jù)研究對(duì)象聯(lián)接環(huán)熱鍛模 設(shè)計(jì)一套加工該熱鍛模的電解加工工裝 包括 1 聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工陰極 2 裝夾熱鍛模加工陰極和工件的夾具裝置 3 運(yùn)用 Pro E UG 等軟件畫(huà)出聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖 電解加工裝 置除了應(yīng)保證工件裝夾和定位外 還應(yīng)考慮導(dǎo)電 供液 流場(chǎng)分布 非加工面的保護(hù) 工件和工具 即正負(fù)極 陰陽(yáng)極 之間的絕緣等問(wèn)題 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 7 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 8 第 2 章 電解加工理論分析 2 1 加工影響分析 電解加工中 加工間隙的控制對(duì)加工精度和加工過(guò)程的穩(wěn)定性都非常重要 加工 間隙是電解加工的核心工藝要素 它是決定加工精度的主要因素 因此獲得均勻 穩(wěn) 定 大小適中的間隙對(duì)電解加工至關(guān)重要 在窄縫電解加工中 若能盡可能采用小的 加工間隙進(jìn)行加工 可以顯著提高加工精度和生產(chǎn)率 研究中采用未絕緣的薄片電極 進(jìn)行直流電解加工工藝試驗(yàn) 圖 2 3 是加工間隙示意圖 以其中某一縫為例 在窄縫 的電解加工中 其端面間隙 b D 和側(cè)面間隙 s D 如圖 圖 2 3 加工窄縫時(shí)的加工間隙示意圖 電解加工過(guò)程中 當(dāng)工件的蝕除速度與工具的進(jìn)給速度相等 兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 時(shí) 端面間隙為 式中 b D 底面平衡間隙 mm h 電流效率 取決于工件材料和電解液間匹配 w 體積電化學(xué)當(dāng)量 mm A h 3 取決于工件材料 k 電導(dǎo)率 1 W mm 取決于電解液參數(shù) 成分 濃度 溫度等 R U 電解液的歐姆壓降 V 取決于電解液 陰極和工件材料 電流密度 9 u 陰極的進(jìn)給速度 mm min 式 2 1 說(shuō)明底面平衡間隙 b D 與電流效率 h 體積電化當(dāng)量 w 電導(dǎo)率 k 歐姆壓降 R U 成正比 而與進(jìn)給速度 u 成反比 至于側(cè)面間隙 側(cè)面不絕緣 在電流效率相等的條件下有 式中 s D 側(cè)面間隙 mm h 進(jìn)給量 在窄縫電解加工中 隨著加工深度的增加 側(cè)壁腐蝕一直進(jìn)行 如圖 2 3 所示 不同間隙處的金屬去除速度是不同的 1 為大間隙 s D 為小間隙 這 兩處的去除速度分別為 式中 分別為大間隙電流效率 小間隙電流效率 w 為工件材料的體 積電化學(xué)當(dāng)量 k 為電導(dǎo)率 U 為電壓 1 dE 2 dE 分別為大間隙電極電位差 小間隙電極電位差 式 2 5 中 對(duì)于 NaCl 電解液 在加工條件一致的情況下 1 2 h h 不同間 隙處的去除速度約等于間隙距離比 由側(cè)面間隙公式可知側(cè)面間隙為拋物線形 加工 深度越大 加工精度越差 而對(duì)于 NaNO3 電解液 由于側(cè)壁上對(duì)應(yīng) 1 處的電流密度 小于 s D 處的電流密度 對(duì)應(yīng) 1 處的 1h 也隨之大大減小 1 2 h h 由式 2 5 知 側(cè)壁上的去除速度大大減小 從而加工精度不會(huì)隨加工深度的增加而惡化 而且由公 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 10 式可知 去除速度與電流效率有很大的關(guān)系 在窄縫電解加工中 為了盡可能減小加工間隙 提高加工精度 通常選用 NaNO3 電解液 其電流效率 h 隨著電流密度 i 的減少而減少 對(duì)于群窄縫加工 通常采用很 低的電流密度 這就意味著其電流效率 h 會(huì)比常規(guī)加工的更低 根據(jù)加工間隙公式 更低的電流效率 h 帶來(lái)了比常規(guī)加工更小的加工間隙 采用薄片狀電極進(jìn)行加工時(shí) 由于電極厚度通常很薄 表面涂敷均勻絕緣層的難度較大 若群窄縫同時(shí)加工時(shí)更難 實(shí)現(xiàn)均勻絕緣 故研究中采用未絕緣金屬片電極 在端面間隙公式中 電流密度 h 和 加工用電解液對(duì)加工間隙有很大關(guān)系 通常直流電解加工常用的電解液是 NaCl 電解 液和 NaNO3 電解液 NaCl 電解液在很寬的范圍內(nèi) 其電流效率 h 幾乎保持常數(shù) 接 近 100 一般不隨陽(yáng)極材料 電解液濃度和溫度 加工中電流密度大小等變化 而 3 NaNO 電解液的 電流效率 h 不僅隨加工材料 電解液濃度和溫度等變化 而且電流密度不同時(shí) 由于 鈍化現(xiàn)象會(huì)使電流效率 h 出現(xiàn)大幅度變化 圖 2 4 是 NaCl 電解液和 NaNO3 電解液 的電流效率 h 和電流密度 i 的關(guān)系曲線 圖 2 4 NaCl 和 NaNO3 的 i 曲線 2 2 電極對(duì)流場(chǎng)的影響分析 電解加工中 電解液的流場(chǎng)狀況是很重要的 它不但影響到電解加工的復(fù)制精度 和表面質(zhì)量 而且還可能由于流場(chǎng)分布不好而引起短路 損壞工具和工件 采用薄片 11 狀電極的電解加工中 電解液的流動(dòng)屬于鈍物體繞流 有尾跡現(xiàn)象 尾跡現(xiàn)象在鈍物 體后產(chǎn)生渦流區(qū) 此渦流區(qū)內(nèi)的電解液流速慢 類(lèi)似于死水 得不到迅速的更新 很 容易形成離子堆積 濃差極化嚴(yán)重 電解產(chǎn)物也不容易及時(shí)排除 造成這一局部區(qū)域 電解速度降低 影響加工成型精度 嚴(yán)重時(shí)甚至引起短路 尾跡的流動(dòng)是非定常湍流 隨來(lái)流雷諾數(shù)不同而呈現(xiàn)不同的速度分布 在不同的雷諾數(shù)范圍內(nèi) 繞薄片厚度大的 產(chǎn)生的尾跡渦流區(qū)域長(zhǎng)度比繞厚度小的情況大 在窄縫電解加工過(guò)程中 加工間隙比 常規(guī)電解更小 尾跡渦流長(zhǎng)度很容易影響到實(shí)際加工過(guò)程 在電解液狀態(tài)不變的情況 下 通過(guò)減小薄片電極的厚度 可以使尾跡渦流區(qū)長(zhǎng)度相應(yīng)地隨之減小 尾跡對(duì)加工 的影響也隨之減小 加工精度和加工過(guò)程穩(wěn)定性都可以得到提高 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 12 第 3 章 聯(lián)接環(huán)熱鍛模設(shè)計(jì)及其電解加工陰極設(shè)計(jì)計(jì)算 因?yàn)槲⒓?xì)電解加工對(duì)象本身尺寸一般為 0 1 1mm 考慮到其相應(yīng)的加工精度 必 須采用小間隙加工 微細(xì)電解的加工間隙一般為 0 01 0 1mm 之間 遠(yuǎn)小于常規(guī)電解加 工間隙的尺寸 0 1 1mm 在微細(xì)電解加工中 加工間隙的大小和穩(wěn)定程度是對(duì)加工得 以實(shí)現(xiàn)非常重要 電解加工間隙分為端面間隙 側(cè)面間隙和法向間隙 要保證高的成型精度 除了 端面間隙要維持在一個(gè)比較小的水平外 側(cè)面間隙的大小隨加工深度的變化也必須保 證在較小的范圍 這樣才能保證加工微孔的錐度和加工窄縫側(cè)壁的 垂直度 在占微細(xì)電解加工中大部分的微孔窄縫加工中 由于間隙無(wú)法直接測(cè)量 通常采 用加工孔徑和工具電極直徑之差的一半 即側(cè)面間隙大小 來(lái)間接評(píng)定加工間隙 電 極側(cè)壁的絕緣是必須的 加工間隙如圖 2 1 所示 2 1 220bbs x 微細(xì)電解中側(cè)壁絕緣的工具電極一般不保留圖 2 2 中所示的寬度為 b 的工作帶 即式 2 1 內(nèi)的參數(shù) b 趨近于 0 故加工中側(cè)面間隙 bs 微細(xì)電解時(shí)加工間隙很小 間隙內(nèi)電解液的量也很少 如果要實(shí)現(xiàn)和勻速電解加 工一樣的加工速度 間隙內(nèi)的溫升和氣泡析出將極大的影響電導(dǎo)率變化 而且排出電 解產(chǎn)物比勻速加工困難 其對(duì)穩(wěn)定加工的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勻速加工 所以通常采用低速 加工或者非勻速進(jìn)給方式加工 以提高加工穩(wěn)定性 但其平均進(jìn)給速度將顯著低于勻 s b 絕緣層 工具電極 工件 bx 0 b 端面加工間隙 s 側(cè)面加工間隙 x0 側(cè)面加工間隙 b 工作帶寬度 圖 2 1 電解加工間隙示意圖 13 速進(jìn)給電解加工 導(dǎo)致加工效率下降 在微細(xì)電解中采用有效的工具陰極復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)給方案 可以維持在小間隙下穩(wěn)定 進(jìn)行加工 不僅可以提高加工穩(wěn)定性 而且還可以提高加工精度 對(duì)于單軸電解加工而言 加工對(duì)象的局限性較大 只局限于獲得其表面形狀由精 確復(fù)制工具電極的表面形狀而來(lái)的加工對(duì)象 無(wú)法加工空間螺旋槽等類(lèi)似結(jié)構(gòu) 另外 電解加工出的微孔的圓度 尺寸精度等在很大程度上受加工流場(chǎng)的影響 加工間隙內(nèi) 電解液的更新是否及時(shí)會(huì)直接影響加工流場(chǎng)是否均勻穩(wěn)定 由于微細(xì)電解加工的間隙 微小 電解液更新困難 因此可以考慮采取新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)更新電解液和排除 電解產(chǎn)物的功能 因此 有必要根據(jù)微細(xì)電解加工的獨(dú)特性 設(shè)計(jì)一種微細(xì)電解加工機(jī)床 其本體 結(jié)構(gòu)必須兼顧好的系統(tǒng)剛性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小型化和方便的操作維護(hù)性 有利于加工穩(wěn)定 地維持在微小間隙下 剛度大 精度高 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 同時(shí)盡可能擴(kuò)展加工對(duì)象的多樣 性 3 1 陰極材料的選擇 陰極材料一般選黃銅或?qū)щ娦阅芎?便于補(bǔ)焊修理電解加工中造成的短路燒傷缺 陷的低碳鋼 陰極設(shè)計(jì)時(shí) 首先是選擇或確定加工底部的間隙值 間隙值值越小 加工的 質(zhì)量越高 但也越容易短路 造成流場(chǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜 通常 影響間隙值的因素較多 所以在 機(jī)床 電源條件允許的情況下 建議取間隙值在0 15mm 0 30mm之間 間隙的計(jì)算一般 分下列三種情況 第一種是圓弧部分的間隙計(jì)算 第二種是形鍛斜度7 位置間隙計(jì)算 第三種是有45 斜面處的間隙計(jì)算 3 2 陰極的尺寸設(shè)計(jì) 陰極的尺寸設(shè)計(jì) 其關(guān)鍵在于陰極齒頂面及兩側(cè)面的錐度齒頂角齒側(cè)角的取值錐度 的大小直接影響陰極齒的長(zhǎng)度和銅鎢合金材料的使用量更重要的是將決定加工法向間 隙的數(shù)值最終影響加工精度加工穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率為了既能保證加工速度粗加工過(guò)程 中 法向間隙較小火花短路較多精加工段的設(shè)計(jì) 是為了去除粗加工留下的尺寸余量及 表面缺陷以基本上滿足尺寸和表面質(zhì)量的要求由于精加工段的加工過(guò)程是處于一種過(guò) 渡狀態(tài) 最終很難保證各個(gè)齒形的一致因此還需要通過(guò)拋光段的加工來(lái)對(duì)全齒進(jìn)行最后 一道精整從而確保工件的尺寸精度和表面質(zhì)量通常拋光圈寬度 b 取 0 1 0 2 mm 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 14 第 4 章 聯(lián)接環(huán)熱鍛模電解加工工裝設(shè)計(jì) 4 1 聯(lián)接環(huán)熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì) 工件的定位的基本原理 六點(diǎn)定則 用合理分布的六個(gè)支承點(diǎn)限制工件的六個(gè)自由度 使工件在夾具中的位置完全確 定 稱為 六點(diǎn)定位原則 簡(jiǎn)稱 六點(diǎn)定則 六點(diǎn)定則是工件定位的基本法則 用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí) 起支承點(diǎn)作用的是一定形狀 的幾何體 這些用來(lái)限制工件自由度的幾何體就是定位元件 限制工件自由度與加工要求的關(guān)系 工件定位時(shí) 影響加工要求的自由度必須限制 不影響加工要求的自由度 有時(shí) 要限制 有時(shí)可不限制 視具體情況而定 習(xí)慣上 工件的六個(gè)自由度都限制了的定 位稱為完全定位 工件限制的自由度少于六個(gè) 但能保證加工要求的定位稱為不完全 定位 在工件定位時(shí) 以下情況允許不完全定位 加工通孔或通槽時(shí) 沿貫通軸的位置自由度可不限制 毛坯 本工序加工前 是軸對(duì)稱時(shí) 繞對(duì)稱軸的角度自由度可不限制 加工貫通的平面時(shí) 除可不限制沿兩個(gè)貫通軸的位置自由度外 還可不限制繞垂 直加工面的軸的角度自由度 夾具上的定位元件重復(fù)限制工件的同一個(gè)或幾個(gè)自由度的定位稱為重復(fù)定位 重 復(fù)定位分兩種情況 當(dāng)工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)限制 并對(duì)加工產(chǎn)生有害影響 的重復(fù)定位 稱為不可用重復(fù)定位 它將造成工件定位不穩(wěn)定 降低加工精度 使工 件或定位元件產(chǎn)生變形 甚至無(wú)法安裝和加工 因此 不可用重復(fù)定位是不允許的 當(dāng)工件的一個(gè)或幾個(gè)自由度被重復(fù)限制 但仍能滿足加工要求 即不但不產(chǎn)生有害影 響 反而可增強(qiáng)工件裝夾剛度的定位 稱為可用重復(fù)定位 在生產(chǎn)實(shí)際中 可用重復(fù) 定位被大量采用 基準(zhǔn) 對(duì)定位元件的基本要求 定位基準(zhǔn)的選擇 15 定位基準(zhǔn)的選擇 應(yīng)盡量使工件的定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)相重合 盡量用精基準(zhǔn)作 為定位基準(zhǔn) 遵守基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 應(yīng)使工件安裝穩(wěn)定 加工中所引起的變形最小 應(yīng) 使工件定位方便 夾緊可靠 對(duì)定位元件的基本要求 足夠的精度 足夠的強(qiáng)度和剛度 耐磨性好 工藝性好 便于清理切削 2 工件定位方式及其定位元件 a 工件以平面定位 工件以平面作為定位基準(zhǔn)時(shí) 所用定位元件一般可分為主要支 承和輔助支承 主要支承用來(lái)限制工件的自由度 具有獨(dú)立定位的作用 輔助支承用 來(lái)加強(qiáng)工件的支承剛性 不起限制工件自由度的作用 b 工件以圓柱孔定位 工件以圓柱孔為定位基準(zhǔn) 如套類(lèi) 齒輪 撥叉等 此種定 位方式所用的定位元件有圓柱定位銷(xiāo) 定位心軸和圓錐定位銷(xiāo)等 c 工件以外圓柱面定位 工件以外圓柱面定位時(shí) 常用的定位元件有 V 形塊 定 位套和半圓套 4 2 聯(lián)接環(huán)熱鍛模夾具裝夾設(shè)計(jì) 1 夾緊裝置的種類(lèi)繁多 綜合起來(lái)其結(jié)構(gòu)均由兩部分組成 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 16 動(dòng)力裝置 產(chǎn)生夾緊力 動(dòng)力裝置是產(chǎn)生原始作用力的裝置 按夾緊力的來(lái)源 夾緊分手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊 手動(dòng)夾緊是靠人力 機(jī)動(dòng)夾緊是采用動(dòng)力裝置 常用的 動(dòng)力裝置有液壓裝置 氣動(dòng)裝置 電磁裝置 電動(dòng)裝置 氣 液聯(lián)動(dòng)裝置和真空裝置等 夾緊裝置 傳遞夾緊力 動(dòng)力裝置所產(chǎn)生的力或人力要正確地作用到工件上 需 有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 傳遞機(jī)構(gòu)是把原動(dòng)力傳遞給夾緊裝置 它由兩種構(gòu)件組成 一是 接受原始作用力的構(gòu)件 二是中間傳力機(jī)構(gòu) 2 夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求 夾緊裝置的設(shè)計(jì)和選用是否正確 都保證工件的精度 提高生產(chǎn)率和減輕工人勞 動(dòng)強(qiáng)度有很大的影響 因此 夾緊裝置應(yīng)滿足以下要求 夾緊過(guò)程中 不能破壞工件在定位時(shí)所處的正確位置 b 夾緊力的大小適當(dāng) 保證工件在整個(gè)加工過(guò)程中的位置穩(wěn)定不變 夾緊可靠牢固 振動(dòng)小 又不超出允許的變形 c 夾緊裝置的復(fù)雜程度應(yīng)與工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 工件生產(chǎn)批量越大 越應(yīng)設(shè)計(jì) 較復(fù)雜 效率較高的夾緊裝置 d 具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性 力求簡(jiǎn)單 便于制造維修 操作安全方便 并且省力 夾緊力方向的確定 夾緊力應(yīng)朝向主要的定位基面 夾緊力的方向盡可能與切削力和工件重力同向 夾緊力作用點(diǎn)的選擇 a 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在定位元件的支承范圍內(nèi) b 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位上 這樣可以防止或減少工件變形 變形對(duì)加工精度的影響 c 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近加工表面 3 夾緊力大小的估算 理論上確定夾緊力的大小 必須知道加工過(guò)程中 工件所受到的切削力 離心力 慣性力及重力等 然后利用夾緊力的作用應(yīng)與上述各力的作用平衡而計(jì)算出 但實(shí)際 上 夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性 夾緊機(jī)構(gòu)的傳遞效率等有關(guān) 而且 切削力 的大小在加工過(guò)程中是變化的 因此 夾緊力的計(jì)算是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題 只能進(jìn)行粗 17 略的估算 估算的方法 一是找出對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài) 估算此狀態(tài)下所需的夾緊力 二是只考慮主要因素在力系中的影響 略去次要因素在力系中的影響 估算的步驟 a 建立理論夾緊力 FJ 理與主要最大切削力 FP 的靜平衡方程 FJ 理 FP b 實(shí)際需要的夾緊力 FJ 需 應(yīng)考慮安全系數(shù) FJ 需 KFJ 理 c 校核夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力 FJ 是否滿足條件 FJ FJ 需 4 3 水套設(shè)計(jì) 電解加工中應(yīng)向加工間隙內(nèi)提供具有一定壓力和較高流速的電解液水套的作用就 是對(duì)電解液加以引導(dǎo)和密封并保證加工間隙內(nèi)流場(chǎng)的均勻由于電解液的壓力較高 水套 內(nèi)采用全封閉流道并在水套與工件水套與導(dǎo)柱等結(jié)合面處采用可靠的密封如配置橡膠 海綿形密封圈等 4 4 底座設(shè)計(jì) 底座是工件的安裝定位基準(zhǔn)但在該工藝中它又擔(dān)當(dāng)一個(gè)重要作用就是要確保加工 過(guò)程中電解液出口的背壓這是因?yàn)殡娊庖簭募庸^(qū)流出后要進(jìn)入底座內(nèi)然后再?gòu)?其底 部的出液孔中噴出因此出液孔的大小就決定了電解液背壓的數(shù)值而合適的背壓有 助于加工區(qū)流場(chǎng)的均勻和工件表面質(zhì)量的提高經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)出液孔的直徑選定 8 mm 對(duì)應(yīng)的電解液背壓是 0 5MPa 短陰極加工法的陰極齒很短 又省去了前引導(dǎo)部分因而可以在目前廣為應(yīng)用的立式 電解加工機(jī)床上使用顯著擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍同時(shí)輔助加工時(shí)間也大為縮短生產(chǎn)率得以 明顯提高 4 5 聯(lián)接環(huán)熱鍛模導(dǎo)電方式 電耗和電能效率是鋅電解重要的技術(shù)指標(biāo) 噸鋅直流電耗 W 用下式計(jì)算 W 實(shí)際消耗直流電量 陰極鋅產(chǎn)量 V q 1000 1 式中 W 為每噸陰極鋅直流 電單耗 kW h t V 為平均槽電壓 V q 為鋅的電化當(dāng)量 112193g A h 為 電流效率 從上式知 單位電能消耗與電流效率成反比 與槽電壓成正比 因此 降低槽電壓是降低電能消耗最重要的因素之一 槽電壓即每個(gè)電解槽內(nèi)陰陽(yáng)極之間的 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 18 電壓降 它由硫酸鋅的分解電壓 陰陽(yáng)極間電解液的電壓降 陽(yáng)極 陰極 導(dǎo)電板 導(dǎo) 電頭 導(dǎo)電片 導(dǎo)電桿 陽(yáng)極泥 接觸點(diǎn)等電路中的電阻電壓降所組成 接觸點(diǎn)的電 壓降與導(dǎo)體接觸電阻有關(guān) 而導(dǎo)體接觸電阻又與導(dǎo)電方式密切相關(guān) 導(dǎo)體接觸電阻受許 多復(fù)雜因素影響 見(jiàn) 2 R F n 2 式中 R 為導(dǎo)體接觸處的接觸電阻 為 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) P F 為接觸處的壓力 P n 為指數(shù) 單接觸點(diǎn)為 015 多接觸點(diǎn)近 似為 1 導(dǎo)體接觸電阻與接觸點(diǎn)的壓力成反比關(guān)系 導(dǎo)體相互接觸的接觸電阻除了與 其接觸的壓力有關(guān)外 還與接觸面的形狀 接觸面表面積的大小 接觸方式等有極其密 切的關(guān)系 即與導(dǎo)電方式有關(guān)系 目前 國(guó)內(nèi)電解陰極鋅的導(dǎo)電方式有兩種 一種是陰陽(yáng)極板夾接導(dǎo)電方式如圖 1 另一種 是槽間導(dǎo)電板搭接導(dǎo)電方式如圖 2 槽間導(dǎo)電板搭接導(dǎo)電方式比陰陽(yáng)極板夾接導(dǎo)電方 式接觸面積大 壓力大 導(dǎo)電接觸電阻小 電壓降小 電耗小 圖1 陰陽(yáng)極板夾接導(dǎo)電示意圖 1 銅排 2 電解槽 3 陰極板 4 陽(yáng)極板 圖2 陰陽(yáng)極板搭接導(dǎo)電示意圖 1 銅排 2 電解槽 3 陰極板 4 陽(yáng)極板 5 槽間導(dǎo)電板 19 4 6 聯(lián)接環(huán)熱鍛模供液方式 由于電解液揮發(fā)的存在 從降低電解液循環(huán)過(guò)程中酸霧危害 減少電解液揮發(fā)損 失 提高循環(huán)效率 實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)等方面出發(fā) 進(jìn)行電解供液方式研究 是企業(yè)的一 項(xiàng)必然工作密閉式供液方式的經(jīng)濟(jì)性選擇在傳統(tǒng)的供液方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)密閉式 供液方式 必須考慮經(jīng)濟(jì)可行 必須從經(jīng)濟(jì)的角度選擇閉的區(qū)段 保留 循環(huán)槽一高 位槽一主供液管 區(qū)段不變而供液路徑和回液路徑實(shí)施全密閉改進(jìn)是經(jīng)濟(jì)性選擇 文 章針對(duì)以下密閉性供液路徑進(jìn)行討論 循環(huán)槽一高位槽一主供液管一閥式上酸管一槽 間供液支管一供液導(dǎo)管一電解槽一半圓管一回液盒一支回溜管一主回溜管一循環(huán)槽 液體在管道內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中粘著物在管壁粘著沉積形成結(jié)渣或積垢的現(xiàn)象始終存在 結(jié)渣或積垢的嚴(yán)重程度一方面與液體的性質(zhì)有關(guān) 另一方面與液體在管道內(nèi)流速相關(guān) 一般來(lái)說(shuō) 流速越快 管壁結(jié)渣或積垢越慢 選擇適當(dāng)?shù)墓軓胶土魉偈墙鉀Q管道堵積 的另一個(gè)途徑 槽間供液支管與上酸管連接 在進(jìn)液端設(shè)置供液控制閥 在末端設(shè)置排污閥 定期進(jìn) 行疏通 槽間砷闖供液支管結(jié)構(gòu)圖如圖1所示 末端供液導(dǎo)管與末端間排污閥間距不宜 長(zhǎng) 防止囤渣 供液支管與回液支管均采用防酸的聚氯乙烯管材 控制閥采用防酸的 塑料閥門(mén) 4 7 聯(lián)接環(huán)電解流場(chǎng)的設(shè)計(jì) 電解加工是陽(yáng)極 工件 溶解的電化學(xué)發(fā)展過(guò)程 其加工效果取決于電場(chǎng) 流場(chǎng) 溫度場(chǎng)等方面的綜合影響 過(guò)去對(duì)電解加工成型規(guī)律的研究 都是在假設(shè)流場(chǎng)均勻的 前提下 對(duì)電場(chǎng)分布規(guī)律所進(jìn)行的研究 大量科研 生產(chǎn)實(shí)踐證明 流場(chǎng)設(shè)計(jì)是電解 加工陰極裝置設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要內(nèi)容 它不僅對(duì)電場(chǎng)分布有著顯著影響 而且決定電解 加工的成敗 廣義的流場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括液流通道設(shè)計(jì)和加工區(qū)流場(chǎng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面 液流 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 20 通道設(shè)計(jì)雖從屬于加工區(qū)流場(chǎng)設(shè)計(jì) 而它的合理與否對(duì)加工區(qū)流場(chǎng)分布也有著重要影 響 加工區(qū)流場(chǎng)包括穩(wěn)定區(qū)流場(chǎng)和進(jìn)出口流場(chǎng) 穩(wěn)定區(qū)流場(chǎng)又包括主流場(chǎng)與輔助流場(chǎng) 而主流場(chǎng)是指加工區(qū)電解液的主要供 排方式 即電解液總的流向 它對(duì)加工區(qū)的壓 力 流速 流量 流程 溫度和產(chǎn)物均有顯著影響 而輔助流場(chǎng)是指為了保證主流場(chǎng) 穩(wěn)定均勻而進(jìn)行的一些補(bǔ)償電解液的輔助設(shè)計(jì) 它是為了保證加工區(qū)沿程流速穩(wěn)定均 勻 而在不同過(guò)水截面上所采取逐段增液或減液的輔助措施 輔助流場(chǎng)的設(shè)計(jì)從屬于 主流場(chǎng)的流向 當(dāng)主流場(chǎng)的電解液從加工區(qū)小的過(guò)水截面流向大的過(guò)水截面時(shí) 輔助 流場(chǎng)為增液流場(chǎng) 以便逐段增加電解液保證沿程流速基本穩(wěn)定 反之亦然 輔助流場(chǎng) 電解液的增 減量取決于主流場(chǎng)各過(guò)水濕周的變化和間隙分布 電解液系統(tǒng)是由電解液 含NaCl水溶液 水泵 管道 經(jīng)陰極進(jìn)入加工區(qū) 使正負(fù) 極之間產(chǎn)生電解作用 并不斷將電解產(chǎn)物沖刷排除掉 保證加工順利完成 此處流場(chǎng)的 設(shè)計(jì) 是指陰極到加工區(qū)的設(shè)計(jì) 其設(shè)計(jì)原則是 電解液順利通過(guò)并完全覆蓋陰極端面 不得有任何空區(qū) 死水區(qū)和渦流區(qū) 過(guò)去有關(guān)供液方法的分類(lèi) 主要是根據(jù)型面 型腔 端面等加工的情況歸納出來(lái) 的 據(jù)此將其分為正流法 反流法和側(cè)流法 這3種供液方法都屬于單向供液方法 現(xiàn) 在看來(lái)有其局限性 不夠全面 系統(tǒng) 為了使電解液在加工區(qū)具有良好的流動(dòng)特性 應(yīng)根據(jù)工件的類(lèi)型和形狀特點(diǎn)以及加工要求和方式的不同 采用不同的供液方法 根 據(jù)目前的電解加工的應(yīng)用情況 可將供液方法分為5類(lèi) 除了過(guò)去的如圖1一圖3所示以 外 本文又提出了另外3類(lèi)供液方法 分別為 軸向供液類(lèi) 噴射供液類(lèi)和組合供液類(lèi) 噴射供液是采用特殊噴頭將電解液送入加工區(qū)實(shí)施加工 根據(jù)被加工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和 加工要求 可采用直接噴射和間接噴射 根據(jù)電解液噴射方向又分為切向噴射法 平 行噴射法 垂直噴射法和徑向噴射法4種 分別如圖10 圖13所示 在采用上述噴射供 液方法時(shí) 為了不使小孔或窄縫復(fù)制到工件上噴射孔數(shù)宜多 孔徑宜小 且須交錯(cuò)排 21 列 孔徑或縫寬應(yīng)小于加工間隙 在固定式電解加工中 以往多采用此種方法 即在整個(gè)加工過(guò)程中 電解液始終從一 端向另一端定向流動(dòng) 見(jiàn)圖8所示 4 7 工裝總體設(shè)計(jì)圖 聯(lián)接環(huán)鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 22 總 結(jié) 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展 電解加工技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和重要基 礎(chǔ) 得到了研究人員的廣泛關(guān)注 成為當(dāng)今世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn) 本文首先簡(jiǎn)要介紹了電解加工技術(shù)的研究和發(fā)展方向 指出伴隨著制造業(yè) 向微細(xì)化發(fā)展 微細(xì)電解加工正逐漸成為主流的加工手段之一 詳細(xì)綜述了微 細(xì)電解加工技術(shù)的原理和發(fā)展方向 并介紹了課題來(lái)源和研究的目的及意義 在 此基礎(chǔ)上 對(duì)微細(xì)電解加工系統(tǒng)進(jìn)行了分析 參考文獻(xiàn) 1 范植堅(jiān) 王天誠(chéng) 電解加工技術(shù)及其研究方法 北京 國(guó)防工業(yè)出社 2004 10 2 王建業(yè) 徐家文 電解加工原理及應(yīng)用 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2001 1 3 徐家文 王建業(yè) 田繼安 21 世紀(jì)初電解加工的發(fā)展和應(yīng)用 電加工 與模具 2001 06 4 朱狄 國(guó)外電解加工的研究進(jìn)展 電加工與模具 2000 01 5 李志永 季畫(huà) 電解加工在微細(xì)制造技術(shù)中的應(yīng)用研究 機(jī)械設(shè)計(jì)與 制造 2006 06 6 王明環(huán) 朱荻 徐惠宇 提高微細(xì)電解加工深度的研究 電加工與模 具 2005 03 7 劉紅普 劉家平 張成光 脈沖電解加工研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 裝備制造 技術(shù) 2007 04 8 王少華 朱狄 曲寧松 王昆 微細(xì)縫結(jié)構(gòu)電解加工研究 中國(guó)機(jī)械 工程 2009 08 9 陳遠(yuǎn)龍 張正元 電解加工技術(shù)的現(xiàn)狀與展望 航空制造技術(shù) 2010 05 10 謝巖甫 劉壯 陳偉 微細(xì)電解加工技術(shù)的概況與展望 電加工與模 具 2010 06 11 徐正揚(yáng) 朱狄 朱棟 發(fā)動(dòng)機(jī)葉片電解加工變間隙陰極修正法 機(jī)械 工程學(xué)報(bào) 2009 09 12 張朝陽(yáng) 朱狄 微細(xì)電解加工的精度及定域性研究 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) 2006 02 13 D Zhu K P Ra jurkar M ode ling and Verification o f IntereletrodeGap in E lectrochem icalM ach ining w ith Passiva ting Electroly te J IMECM ASME MED 1999 10 589 596 14 R R com pany UK F in ishes b lades in one opera tion J M ach ine ry and Produc tion Eng ineering 1985 7 44 48 15 D B Ender Implementation of Deadband Reset Scheduling for the E lmi ination of Stick slip Cycling in Contro l Valves J Journa lA 1997 38 1 11 15 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)融合在一起 綜合運(yùn)用所有的相關(guān)專業(yè)知識(shí) 是課本知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我的專業(yè)知識(shí)在原有的基 礎(chǔ)上得到更加的鞏固和提高 這離不開(kāi)老師和同學(xué)們的幫助 本設(shè)計(jì)分析是在 老師的指導(dǎo)下完成的 在分析的過(guò)程中 老師給了我很大的鼓勵(lì) 在設(shè)計(jì)分析 中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計(jì)思路 增強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)能力 與我們一起討論問(wèn) 題 使我對(duì)分析有了更清晰明確的認(rèn)識(shí) 使我受益非淺 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練 這是我們邁向社會(huì) 從事 職業(yè)工作前一個(gè)必不可少的過(guò)程 千里之行始于足下 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì) 我 深深體會(huì)到這句千古言的真正含義 我今天認(rèn)真地進(jìn)行課程設(shè)計(jì) 學(xué)會(huì)腳踏實(shí) 地地邁開(kāi)這一步 就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 說(shuō)實(shí)話 畢業(yè)設(shè)計(jì)真是有點(diǎn)累 然而一著手清理自己的設(shè)計(jì)結(jié)果 仔細(xì)回 味畢業(yè)設(shè)計(jì)的心路歷程 一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消 雖然這是我 剛學(xué)會(huì)走完的第一部 是我人生中的一點(diǎn)小小的勝利 然而它令我感到自己成 熟了許多 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我深深體會(huì)到 干任何事都必須耐心 細(xì)致 課程設(shè)計(jì) 過(guò)程中 許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂 有時(shí)應(yīng)為不小心計(jì)算出錯(cuò) 只能毫不留情地重做 但一想起老師平時(shí)多耐心的教導(dǎo) 想到今后自己應(yīng)當(dāng)承 擔(dān)的社會(huì)責(zé)任 想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事故 我不禁時(shí)刻提醒自己 一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé) 一絲不茍的良好習(xí)慣 經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正的貧乏 自己綜 合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力是如此的不足 幾年來(lái)學(xué)習(xí)了那么多的課程 今天 才知道自己并不會(huì)用 想到這里 我真的有點(diǎn)心急了 由于畢業(yè)時(shí)間的倉(cāng)促 很多本來(lái)應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒(méi)有時(shí)間去細(xì)細(xì)追 究來(lái)源 比如網(wǎng)格劃分的控制 坐標(biāo)系的理解 求解器的選擇等 這使我明白 了大學(xué)里學(xué)的只是一個(gè)大體上的方向 離實(shí)際應(yīng)用還有太遠(yuǎn)的距離 但我相信 方向才是最重要的 因?yàn)榉较虼_定了 就會(huì)用最少的精力做好事情 這對(duì)于我 以后的工作至關(guān)重要 因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)生活中 要從事的工種是千差萬(wàn)別的 只有從中找到自己最拿手 最有發(fā)展前途的崗位 個(gè)人才有更多的熱情 也最 可能在自己的崗位做出一些貢獻(xiàn)