油箱盖热锻模电解加工工装设计开题报告.doc

-1-毕业设计(论文)开题报告题目：油箱盖热锻模电解加工工装设计系别机电信息系专业机械设计制造及自动化班级姓名学号导师2012年12月14日21、毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）：1.1题目背景：采用电解加工实现模具加工具有表面质量好，使用寿命长，脱模好，成本低的优点。通过本课题的设计，达到：（1）培养学生综合运用所学的基础课、技术基础和专业课的知识，分析解决工程技术问题的能力；（2）巩固加深扩大基本理论和技能；（3）受高级工程技术人员能力的训练，调研、查阅文献，制定方案、设撰写；（4）创新能力和团队精神。基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。1.2研究意义电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的种特种加工方法。加工时，工件接直流电源的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。电解加工对于难加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势。目前，电解加工已获得广泛应用，如炮管膛线，叶片，整体叶轮，模具，异型孔及异型零件，倒角和去毛刺等加工。并且在许多零件的加工中，电解加工工艺已占有重要甚至不可替代的地位。1.3国内外相关研究情况电解加工以其加工速度快、表面质量好、凡金属都能加工而且不怕材料硬、韧、无宏观机械切削力、工具阴极无损耗、可用同一个成形阴极作单方向送进而成批加工复杂型腔、型面、型孔等优点，在20世纪60年代初，首先在炮管膛线和航空发动机涡轮叶片的加工中得到应用，其后又逐渐扩大应用于锻模型腔、深孔、小孔、长键槽、等截面叶片整体叶轮的加工以及去毛刺等领域，取得了显著的技术、经济效果。但是，在70年代以后，随着国际市场经济竞争形式的变化，产品更新换代快，生产批量减小，使得电解加工的适用范围也发生变化。总体看应用范围有所减小，但应用要求却越来越高。在经历大约20年的低潮后，从20世纪90年代后期起，电解加工又重新焕发了生机。其研究机构及人员逐渐壮大，应用领域(尤其在航天、航空、军工领域)有所扩展，研究成果及论著数量激增，工艺技术水平及设备性能均达到了一个新的高度。31工艺技术研究目前，电解加工工艺技术研究涉及的方向较多，但主要集中在微秒级脉冲电流加工、微精加工、数控展成加工、阴极设计及磁场对电解加工的影响等五大领域。下面分别加以详述。1.1微秒级脉冲电流加工自20世纪70年代初起，前苏联、美国、日本、法国、波兰、瑞士、西德等相继开始了对脉冲电流电解加工的研究。在国内，多家单位相继开展了毫秒级脉冲电流电解加工的研究并成功用于工业生产。随着近代功率电子技术的发展，新型快速功率电子开关元件如MOSFET、IGBT等出现，使得有可能实现微秒级脉冲电流电解加工。20世纪90年代以来，微秒级脉冲电流电解加工基础工艺研究取得突破性进展。研究表明，此项新技术可以提高集中蚀除能力，并可实现0.05mm以下的微小间隙加工，从而可以较大幅度地提高加工精度和表面质量，型腔最高重复精度可达0.05mm，最低表面粗糙度可达Ra0.40µ，有望将电解加工提高到精密加工的水平，而且可促进加工过程稳定并简化工艺，有利于电解加工的扩大应用。国内外众多研究机构利用微秒级脉冲电流开展了模具型腔及叶片型面加工、型腔抛光、电解刻字、电解磨等工艺可行性试验以及气门模具生产加工试验1，3，研究成果进一步从工艺角度证实了上述结论。1.2微精加工从原理上而言，电化学加工技术可分为两类：一类是基于阳极溶解原理的减材技术，如电解加工、电解抛光等；另一类是基于阴极沉积原理的增材技术，如电镀、电铸、刷镀等。这两类技术有一个共同点，即材料的去除或增加过程都是以离子的形式进行的。由于金属离子的尺寸非常微小(10-1nm级)，因此，相对于其它“微团”去除材料方式(如微细电火花、微细机械磨削)，这种以“离子”方式去除材料的微去除方式使得电化学加工技术在微细制造领域、以至于纳米制造领域存在着极大的研究探索空间。从理论上讲，只要精细地控制电流密度和电化学发生区域，就能实现电化学微细溶解或电化学微细沉积。微细电铸技术是电化学微细沉积的典型实例，它已经在微细制造领域获得重要应用。微细电铸是LIGA技术一个重要的、不可替代的组成部分，已经涉足纳米尺寸的微细制造中，激光防伪商标模版和表面粗糙度样块是电铸的典型应用。但电化学溶解(成型)加工的杂散腐蚀及间隙中电场、流场的多变性严重制约了其加工精度，其加工的微细程度目前还不能与电化学沉积的微细电铸相比。目前电化学微精成型加工还处于研究和试验阶段，其应用还局限于一些特殊的场合，如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果，精度已可达微米级。微细直写加工、微细群缝加工及微孔电液束加工，以及电解与超声、电火花、机械等方式结合形成的复合微精工艺已显示出良好的应用前景。数控展成加工传统的拷贝式电解加工的阴极设计制造困难，加工精度难以保证。尤其对整体叶轮上的扭曲叶片之类通道狭窄的零件表面，由于受工具阴极刚性及加工送进方式的限制，拷贝式电解加工更难以完成其加工任务。20世纪80年代初，以简单形状电极加工4复杂型面的柔性电解加工数控展成电解加工的思想开始形成，它以控制软件的编制代替复杂的成形阴极的设计、制造，以阴极相对工件的展成运动来加工出复杂型面。这种加工方法工具阴极形状简单，设计制造方便，应用范围广，具有很大的加工柔性，适用于小批量、多品种、甚至单件试制的生产中。80年代中期，前苏联乌法航空学院特种加工工艺及设备研究所以过程控制为突破口，设计了一种柔性电解加工单元，应用特殊的电流脉冲波形和高选择性的电解液，加工精度达0.02mm，表面粗糙度达Ra0.20.6。波兰华沙工业大学的Kozak教授于1986年率先提出了电解铣削的思想，以棒状旋转阴极作类似于圆柱状侧铣刀的成形运动来形成加工表面，成功地应用于直升机旋翼座架型面的加工，加工中采用NaNO3电解液，精度可达±0.010.02mm，表面粗糙度达Ra0.160.63。波兰Cracow金属切削学院的A.Ruszaj和J.Cekaj教授利用形似球头铣刀的工具阴极，进行了型面光整加工的试验研究，取得了形状误差小于0.01mm的加工效果，从而证明了该工艺在模具的光整加工方面具有很好的应用价值。美国、英国、俄罗斯都高度重视数控电解加工技术的研究并已得到应用，在新型航空发动机及航天火箭发动机的研制中发挥了重要作用。美国GE公司的五轴数控电解加工，美国、俄罗斯仿形电解加工带冠整体叶轮代表了数控电解加工整体叶轮的国际先进水平。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施根据研究对象油箱盖热锻模，设计一套加工该热锻模的电解加工工装，包括：（1）连杆热锻模电解加工阴极；（2）装夹热锻模加工阴极和工件的夹具装置；（3）运用Pro/E、UG等软件画出油箱盖热锻模电解加工工装三维装配图。电解加工装置除了应保证工件装夹和定位外，还应考虑导电、供液、流场分布，非加工面的保护，工件和工具（即正负极、阴阳极）之间的绝缘等问题。课题研究的主要内容是通过对所给零件的分析，设计加工零件的阴极，以及装夹高温合金零件电解加工的阴极和工件的夹具装置。（1）在刚开始的时候工序的划分以及定位基准会比较难选择，所以就在过程中腰认真分析零件图，了解电解加工工装的结构特点及相关的技术要求而加工工序要根据生产类型，零件的结构来认真分析。（2）在夹具设计的时候也可能遇到问题，比如工件的定位是否正确，定位精度是否满足要求等等，所以要调查现阶段国内外比较先进的电解加工工装结构，从整体上把握设计的方向，了解电解加工工装的加工工艺规程及夹具的设计原理。（3）通过大量的资料，研究零件的结构，选择合适的加工方法，及选择合理的基准和工序安排。（4）熟悉夹具的结构选择合理的机床及装夹设备，确定加工余量和工序，进行精细的准确的尺寸计算，和时间的估算。2.1从导电方面考虑设计方案，有两种选择，一是将电缆线引入，用线鼻子直接接5到工件阳极跟工件阴极，二是在工作箱外将电源线接到滑枕体及不锈钢工作台，电流通过阴极安装板及工作台传导到阴极和阳极。前者线路损失小，且因工作台、夹具均不带电，可以采用耐蚀的非金属材料，如采用金属材料对不带电的零件则加以阴极保护，防止电化学杂散腐蚀。但此方案的缺点是工作箱内导线较多，走线较复杂，布局欠佳，每次装卸工件时还要拆卸线鼻子，并要防止正负极线鼻子相碰或正极线鼻子与工作箱相碰而引起送电时短路。所以选第二种方案。2.2从流场方面考虑设计方案，根据电解液的流动方向、加工送进方向及加工间隙之间的几何关系，可分为三种流动形式，即侧流式、正流式和反流式。可根据加工对象的几何形状确定流动形式。对于型面曲率变化不大的三维型面如一般叶片型面、叶片锻模型腔等，可采用侧流式，对于圆孔、型孔可采用正流式或反流式，对于某些复杂的型腔或型面，可在阴极上设计适当的通液槽（孔）采用正流式或反流式，或者两种流动形式都存在的复合流动形式进行加工。针对我的零件采用复合式。在流场设计方面还应该考虑电解液流速和进口压力。确定电解液流速的原则：（1）选则适当高的流速，能从加工间隙中带走电解产物，且使电解液流动处于紊流状态，这样有利于均匀流场并消除浓差极限，（2）选择适当高的流速以控制温升。电解液压力的确定，是指加工间隙进口处的压力和电解液输出泵的出口，考虑到管道中的压力损失，一般电解液泵出口压力需比电解液进口压力高0.05-0.1pa。2.3从阴极设计方面提出设计方案，对其阴极型管的直线度有严格要求。端面倒角10°，在侧面间隙，约0.150.22mm，减去阴极单面涂层厚度约0.05mm，还有足够的间隙空间允许电解液顺畅通过；端面制成加工凸缘根据加工孔径的大小和精度要求，确定凸缘外径和加工刃带的宽度。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作电解加工是利用金属在电解液中产生电化学阳极溶解的原理对工件进行成形加工的特种加工，又称电化学加工。电解加工的重点是针对不同的加工零件设计出加工该零件的阴极以及装夹该零件电解加工的阴极和工件的夹具装置。电解加工的难点是电解加工是一种复制加工,工具阴极的轮廓形状须根据图纸给定的工件形状和加工间隙的分布规律来设计，加工间隙分布的不均匀导致阴极设计非常困难。工作定位阴极设计流程设计导电Cad二维图图3.1proe三维图图3.2