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联接环锻模及其电解加工工装设计【8张图纸】【优秀】

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关键词：: 联接锻模及其电解加工工装设计图纸

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联接环锻模及其电解加工工装设计

34页 18000字数+说明书+开题报告+中期报告+8张CAD图纸

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联接环锻模及其电解加工工装设计开题报告.doc

联接环锻模及其电解加工工装设计论文.doc

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摘要

　　　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型的一种特种加工方法。其材料的减少过程以离子的形式进行,由于金属离子的尺寸非常微小，因此这种微溶解去除方式使得电解加工技术在微细制造领域有着很大的发展潜力。特别是对于难切削加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势，在航空、航天推进器以及兵器制造上得到广泛的应用，成为国防工业生产中的关键制造技术。

　　　根据研究对象联接环热锻模，设计一套加工该热锻模的电解加工工装，包括：（1）联接环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等软件画出联接环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。

关键词：电解加工；联接环锻模；工装设计

1 绪论1

1.1电解加工的原理1

1.2国内外研究现状2

1.2.1微秒级脉冲电流加工3

1.2.2微精加工3

1.2.3数控展成加工4

1.3电解加工的分类及应用6

1.4课题研究内容6

2 电解加工理论分析8

2.1加工影响分析8

2.2 电极对流场的影响分析10

3 联接环热锻模电解加工阴极设计计算11

3.1阴极材料的选择11

3.2阴极尺寸的计算11

4 电解液的选择18

4.1电解液的作用18

4.2电解液的分类18

5 联接环热锻模电解加工工装设计20

5.1电解加工所受到的影响和误差20

5.2联接环热锻模夹具设计21

5.3联接环热锻模夹具装夹设计21

5.4联接环电解流场的设计22

5.5联接环热锻模导电方式23

5.6提高电解加工的质量24

5.6.1表面缺陷及防治措施24

5.7电解加工的供液系统25

5.8工装总体设计图26

结论27

参考文献28

毕业设计（论文）知识产权声明30

毕业设计（论文）独创性声明31

　　　电解加工自20世纪50年代问世以来，到60年代迅速在众多的机械领域得到开拓和应用。通过科研和生产实践，70年代电解加工在技术上走向成熟、定型；在应用领域走向定向。由于电解加工能解决机械加工难以解决的难切削材料、复杂形状零件加工问题。而且高效、高表面质量，较好的适应了军工产品的需要，因而在军事工业中，特别是航天、航空推进器的制造上得到了广泛的应用，成为国防工业生产中的关键制造技术，获得了显著的技术经济效果，促进了军工新产品的发展和性能的提高。在民用的经济重要部门，例如汽车、能源等制造业中叶得到一定的开拓和应用，获得较好的成效。如今电解加工已经成为机械加工制造业中的一个不可缺少的组成部分。

　　　采用电解加工制造热锻模具有表面质量好，模具寿命长，脱模好，成本低的优点。电解加工的设备主要包括机床、电源和电解液系统3个主要实体以及相应的控制系统。

电解加工既具有高速加工大而复杂零件的能力，电化学蚀除微细加工的潜质，向精密、微细加工进军也是电解加工的发展方向。电解加工高速去除金属的加工方法的发展将会有深远的发展。

1.1电解加工的原理

　　　电解加工（Electrochemical Machining（ECM）），是利用阳极溶解的原理并借助于成型阴极将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种加工工艺方法。其理论基础是1834年法拉第发现的金属阳极溶解基本定律，即法拉第定律。图1.1所示为电解过程示意图，图中显示金属铁电解的过程，它由电解质溶液、直流电源、连接电源正极的工件阳极、连接电源负极的工具阴极组成。当接通电源后，电解反应并未开始就发生，只有当电压升高到临界值（分解电压）后，电解过程才开始，在阴极处开始有气泡生成，在阳极处开始有电解产物出现。

　　　在阴极和阳极的电极/溶液界面上发生主要电化学反应过程为：

　　　阳极一侧：

　　　Fe=Fe2++2e(阳极溶解)

　　　Fe2++2OH-+O2=Fe(OH)2↓(淡绿色絮状物)

　　　4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓(红棕色絮状物)

　　　阴极一侧：　　　从电解加工的试验中可以得出，实际加工过程阳极金属的溶解量并不和理论的计算量相同，通常是理论计算量会大于实际的溶解量，极少数情况也会发生实际溶解量大于理论计算量的情况。其原因是在理论计算时，采用了“阳极只发生确定原子溶解而没有其它物质析出”这一假设，而实际加工情况是：

　　　一：实际溶解的原子价比计算用的原子价要高或低；

　　　二：除金属溶解外还有一些副反应消耗了一部分电流；

　　　三：金属有时在电解加工过程中由于材料组织不均匀或金属材料与电解液的匹配不当发生剥落而不是完全由金属均匀溶解所致。

　　　为了表示这个实际和理论的差别，引入电流效率概念来表示实际溶解金属所耗用的电量和通过阳极总电量的比例关系。电流效率η定义为：

　　　η=理论去除量/实际去除量

　　　影响电流效率的因素有：电流密度，电解液的种类、浓度及温度等工艺条件。其中，作为计算电解加工速度、分析电解成型规律的必要参数之一，电流密度对于电流效率的影响可以通过实验获得两者之间的关系曲线，即η-i曲线。

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内容简介：: 毕业设计（论文）中期报告题目：联接环锻模及其电解加工工装设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师 2013年 3 月 15 日1.设计（论文）进展状况前期在选好课题后，认真阅读了老师给的课程设计任务书，并在老师的推荐下去图书馆借阅了王建业老师编写的电解加工原理及应用和范植坚老师编写的电解加工技术及其研究方法。在参阅书籍的过程中，把不会的问题都记下来与同学讨论，并做好读书笔记。在看书的同时，也上网搜索与课题有关的资料内容，并且查阅了许多文献，使自己对课题有了更加深入的了解和认识。根据老师所给课题的零件图，决定从阴极、流场、导电三个方面对联接环进行电解加工工装设计方案的研究，并完成了联接环的二维CAD图和三维Pro/E图。通过这些工作，也完成了毕业设计的开题论文，并参加了开题答辩。根据老师给的一篇名叫Controlling of metal removal thickness in ECM process的外文文献资料，在网络上使用了一些翻译类的软件对其进行了外文文献的翻译。通过对课题的研究，了解到联接环电解加工工装设计分别要从主型腔、飞边、喷液芯子三个方面来进行。之后，又查阅了一些资料，初步完成了联接环工装设计的草图方案。2.存在问题及解决措施研究到现在，自己对联接环的电解加工工装设计遇到的问题主要有下面一些方面：1.阴极的设计。阴极设计时,首先是阴极材料的选择，然后是间隙值的计算。间隙值值越小,加工的质量越高,但也越容易短路,造成流场设计复杂。所以对间隙值计算的确定有一些问题。同时对阴极尺寸的确定还不太明确。2.联接环电解流场的设计。电解液系统是由电解液(含NaCl水溶液)、水泵、管道、经阴极进入加工区,使正负极之间产生电解作用,并不断将电解产物冲刷排除掉,保证加工顺利完成。此处流场的设计，是指阴极到加工区的设计。3.装配图的尺寸计算。装配图到现在具体也就画了个草图，但是对于最后的成型图尺寸方面还有所欠缺。对于上面出现的问题，主要有以下解决方案：1.阴极方面，阴极材料一般选黄铜或导电性能好、便于补焊修理电解加工中造成的短路烧伤缺陷的低碳钢。对于间隙值，可以根据电解加工成型规律，查阅相关公式计算出间隙值，可以用cos法计算。关于尺寸方面，设计时把复杂的型腔分为几个简单部分，然后分别计算出其尺寸。2.流场方面，流场一般是根据加工对象的几何形状确定的，这里采用正流式。其设计原则是电解液顺利通过并完全覆盖阴极端面，不得有任何的空区、死水区和涡流区。3.装配图方面，认真研究学习已完成的草图并查阅相关的资料文献，可以询问老师或者和同学讨论一下具体如何计算，然后一步一步认真计算出其图形尺寸。总之自己好好研究，针对问题认真阅读查询相关资料，虚心请教老师同学，脚踏实地地来完成整个毕业设计。3.后期工作安排后期的工作主要是对前期工作的完善和解决当前设计遇到的问题。1015周：完善整个电解加工工装设计、完成装配图（包括三维装配图）及零件图的绘制等工作； 1618周：对所有图纸进行校核，编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，准备毕业答辩。指导教师签字：年月日毕业设计(论文)开题报告题目：联接环锻模及其电解加工工装设计系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师 2012年 12 月 24 日1、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 题目背景和意义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，它加工范围广，生产率高，加工质量好，工具阴极无损耗，而且可用于加工薄壁和易变形零件。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。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。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、设计、撰写。（4）创新能力和团队精神。1.2 国内外的研究情况电解加工在国外是五十年代出现的。由于它具有效率高、质量好,复杂型面可一次成型,以及不受被加工材料机械性能的限制,工具耗损小等优点,所以受到普遍重视。六十年代,在航空发动机叶片及锻模加工方面取得了比较显著的成效,主要应用于锻模型腔、深孔、小孔、长键槽等截面叶片整体叶轮以及去毛刺等,并取得了显著的技术、经济效果，因此,得到比较迅速的发展。据统计，自1960年到1975年，电解加工在难切削材料加工中所占的比例增加两倍，从1960年的15%增加到1975年的45%。八九十年代在某些领域得到了新的应用，其应用要求也越来越高。九十年代后期起，电解加工研究机构及人员逐渐壮大，应用领域（尤其在航天、航空、兵器领域）进一步扩展，研究成果及论著数量激增，工艺技术水平、设备性能及产业发展均达到了一个新的高度。进入新世纪以来，高速发展的高新技术和电解加工融合，使其面临从一般加工到精密加工的突破。目前电解加工工艺技术研究涉及的方向很多，主要集中在电解复合加工、细微加工、数控展成加工及高频脉冲电流加工等几大领域。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：2.1 联接环设计的主要内容研究的对象是联接环热锻模，如图1和图2，设计一套加工该热锻模的电解加工工装，包括：（1）联接环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等软件画出联接环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。图1 联接环的二维图图2 联接环的三维图2.2 联接环的研究方案方案一：从阴极方面提出。设计可以用cos法设计，给阴极一定的角度进行加工，根据所给工件的形状设计阴极。对加工阴极流场的设计应与液流通道的设计匹配。阴极结构主要由本体、引导/支承、电解液流道三大部分组成，不同类型的阴极主要是本体结构不同。阴极结构应保证流场均匀，不短路，同时应选择合理的工艺参数保证加工效率、性质尺寸精度和表面质量。方案二：从流场方面提出。常见的流场形式有正流、反流和测流或复合形。流场一般是根据加工对象的几何形状确定的，对于圆孔、型孔类可采用正流式或反流式。除了要正确选择流动形式外，还要合理设计通液槽。通液槽的布局直接影响电解液的流线分布，因而其布局设计原则应该是保证流线能均匀地分布在整个加工表面上，且应避免流线相交，不出现贫液区；力争流程均匀且尽可能地缩短流程。方案三：从导电方面提出。为确保电解液进入加工间隙区时流场的均匀和稳定，在进入加工区域或通液槽之前必须有进口导流段，为确保加工间隙出口处流场的均匀稳定，在流出加工区后也应有出口导流段。导流结构主要取决于电解液的流动方式，正流式加工的导流段置于阴极本体内，反流式加工则要设计专门的水套，与阴极体共同构成进水的导流腔。工件的导电回路有两类结构，一类是引入导线，将其终端的线鼻子直接压紧到工件及其阴极的导电面上；另一类是通过工作台将电流传输到工件定位块上，通过阴极安装版传输到工具阴极上。3、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作：3.1 研究的重点及难点3.1.1 联接环阴极的设计阴极材料一般选黄铜或导电性能好、便于补焊修理电解加工中造成的短路烧伤缺陷的低碳钢。阴极设计时,首先是选择或确定加工底部的间隙值,间隙值值越小,加工的质量越高,但也越容易短路,造成流场设计复杂。通常,影响间隙值的因素较多,所以在机床、电源条件允许的情况下,建议取间隙值在0.15mm0.30mm之间。间隙的计算一般分下列三种情况。第一种是圆弧部分的间隙计算，第二种是形锻斜度7位置间隙计算，第三种是有45斜面处的间隙计算。3.1.2 联接环电解流场的设计电解液系统是由电解液(含NaCl水溶液)、水泵、管道、经阴极进入加工区,使正负极之间产生电解作用,并不断将电解产物冲刷排除掉,保证加工顺利完成。此处流场的设计,是指阴极到加工区的设计。其设计原则是:电解液顺利通过并完全覆盖阴极端面,不得有任何空区、死水区和涡流区。3.2 前期已开展工作前期认真阅读了毕业设计的任务书，然后去图书馆借阅了相关的书籍，并且上网浏览资料，参阅了一些文献，使自己加强了对电解加工的认识，对课题的研究起了很大的帮助，通过这些完成了毕业设计的开题论文。另外，还根据老师给的零件图，仔细分析了其结构特征，完成了联接环的CAD二维图和Pro/E三维图。4、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）：12周：熟悉课题，完成关于电解加工的2000字文献综述，翻译外文资料； 3 周：确定联接环热锻模设计及其电解加工工装方案，绘制其结构草图，准备开题答辩； 46周：进行联接环热锻模设计及其电解加工阴极设计计算； 79周：进行联接环热锻模电解加工工装设计，包括导电、供液方式和流场设计，准备中期答辩； 1015周：完善整个电解加工工装设计、完成装配图（包括三维装配图）及零件图的绘制等工作； 1618周：对所有图纸进行校核，编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，准备毕业答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日 6 所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献1 范植坚，王天诚. 电解加工技术及其研究方法. 北京：国防工业出社.2004.102 王建业，徐家文. 电解加工原理及应用. 北京：国防工业出版社.2001.13 徐家文，王建业，田继安. 21世纪初电解加工的发展和应用. 电加工与模具.2001.（06）4 朱狄. 国外电解加工的研究进展. 电加工与模具.2000.（01）5 李志永，季画. 电解加工在微细制造技术中的应用研究. 机械设计与制造.2006.（06）6 王明环，朱荻，徐惠宇. 提高微细电解加工深度的研究. 电加工与模具.2005.（03）7 刘红普，刘家平，张成光. 脉冲电解加工研究现状及进展. 装备制造技术.2007.（04）8 王少华，朱狄，曲宁松，王昆. 微细缝结构电解加工研究. 中国机械工程.2009.（08）9 陈远龙，张正元. 电解加工技术的现状与展望. 航空制造技术，2010.(05）10 谢岩甫，刘壮，陈伟. 微细电解加工技术的概况与展望. 电加工与模具.2010.（06）11 徐正扬，朱狄，朱栋. 发动机叶片电解加工变间隙阴极修正法. 机械工程学报.2009.（09）12 张朝阳，朱狄. 微细电解加工的精度及定域性研究. 机械科学与技术.2006.（02）13 D Zhu, K P. Ra jurkar. M ode ling and Verification o f IntereletrodeGapin E lectrochem icalM ach ining w ith Passiva ting Electroly te J. IMECM, ASME, MED, 1999, 10: 589-59614 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) : 44-4815 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本科毕业设计(论文)题目：联接环锻模及其电解加工工装设计系别：机电信息系专业：机械设计制造及其自动化班级：学生：学号：指导教师： 2013年05月联接环锻模及其电解加工工装设计摘要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型的一种特种加工方法。其材料的减少过程以离子的形式进行,由于金属离子的尺寸非常微小，因此这种微溶解去除方式使得电解加工技术在微细制造领域有着很大的发展潜力。特别是对于难切削加工材料、形状复杂或薄壁零件的加工具有显著优势，在航空、航天推进器以及兵器制造上得到广泛的应用，成为国防工业生产中的关键制造技术。根据研究对象联接环热锻模，设计一套加工该热锻模的电解加工工装，包括：（1）联接环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等软件画出联接环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。关键词：电解加工；联接环锻模；工装设计IIConnecting ring forging devoted its electrochemical machining tooling designAbstractElectrochemical 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目录1 绪论11.1电解加工的原理11.2国内外研究现状2 1.2.1微秒级脉冲电流加工3 1.2.2微精加工3 1.2.3数控展成加工41.3电解加工的分类及应用61.4课题研究内容62 电解加工理论分析82.1加工影响分析82.2 电极对流场的影响分析103 联接环热锻模电解加工阴极设计计算113.1阴极材料的选择113.2阴极尺寸的计算114 电解液的选择184.1电解液的作用184.2电解液的分类185 联接环热锻模电解加工工装设计205.1电解加工所受到的影响和误差205.2联接环热锻模夹具设计215.3联接环热锻模夹具装夹设计215.4联接环电解流场的设计225.5联接环热锻模导电方式235.6提高电解加工的质量245.6.1表面缺陷及防治措施245.7电解加工的供液系统255.8工装总体设计图26结论27参考文献28毕业设计（论文）知识产权声明30毕业设计（论文）独创性声明31IV1 绪论1 绪论电解加工自20世纪50年代问世以来，到60年代迅速在众多的机械领域得到开拓和应用。通过科研和生产实践，70年代电解加工在技术上走向成熟、定型；在应用领域走向定向。由于电解加工能解决机械加工难以解决的难切削材料、复杂形状零件加工问题。而且高效、高表面质量，较好的适应了军工产品的需要，因而在军事工业中，特别是航天、航空推进器的制造上得到了广泛的应用，成为国防工业生产中的关键制造技术，获得了显著的技术经济效果，促进了军工新产品的发展和性能的提高。在民用的经济重要部门，例如汽车、能源等制造业中叶得到一定的开拓和应用，获得较好的成效。如今电解加工已经成为机械加工制造业中的一个不可缺少的组成部分。采用电解加工制造热锻模具有表面质量好，模具寿命长，脱模好，成本低的优点。电解加工的设备主要包括机床、电源和电解液系统3个主要实体以及相应的控制系统。电解加工既具有高速加工大而复杂零件的能力，电化学蚀除微细加工的潜质，向精密、微细加工进军也是电解加工的发展方向。电解加工高速去除金属的加工方法的发展将会有深远的发展。1.1电解加工的原理电解加工（Electrochemical Machining（ECM），是利用阳极溶解的原理并借助于成型阴极将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种加工工艺方法。其理论基础是1834年法拉第发现的金属阳极溶解基本定律，即法拉第定律。图1.1所示为电解过程示意图，图中显示金属铁电解的过程，它由电解质溶液、直流电源、连接电源正极的工件阳极、连接电源负极的工具阴极组成。当接通电源后，电解反应并未开始就发生，只有当电压升高到临界值（分解电压）后，电解过程才开始，在阴极处开始有气泡生成，在阳极处开始有电解产物出现。在阴极和阳极的电极/溶液界面上发生主要电化学反应过程为：阳极一侧：Fe=Fe2+2e(阳极溶解)Fe2+2OH-+O2=Fe(OH)2(淡绿色絮状物)4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3(红棕色絮状物)阴极一侧： 32毕业设计(论文)图1.1 电解过程示意图2H+2e=H2（逸出氢气）如果阳极只发生阳极溶解而没有析出其它物质，则根据法拉第第一定律，阳极溶解的金属质量为:M=kQ=kIt、阳极溶解的金属体积为:V=M/=KIt/=It从电解加工的试验中可以得出，实际加工过程阳极金属的溶解量并不和理论的计算量相同，通常是理论计算量会大于实际的溶解量，极少数情况也会发生实际溶解量大于理论计算量的情况。其原因是在理论计算时，采用了“阳极只发生确定原子溶解而没有其它物质析出”这一假设，而实际加工情况是：一：实际溶解的原子价比计算用的原子价要高或低；二：除金属溶解外还有一些副反应消耗了一部分电流；三：金属有时在电解加工过程中由于材料组织不均匀或金属材料与电解液的匹配不当发生剥落而不是完全由金属均匀溶解所致。为了表示这个实际和理论的差别，引入电流效率概念来表示实际溶解金属所耗用的电量和通过阳极总电量的比例关系。电流效率定义为：=理论去除量/实际去除量影响电流效率的因素有：电流密度，电解液的种类、浓度及温度等工艺条件。其中，作为计算电解加工速度、分析电解成型规律的必要参数之一，电流密度对于电流效率的影响可以通过实验获得两者之间的关系曲线，即-i曲线。1.2国内外研究现状电解加工在国外是五十年代出现的。由于它具有效率高、质量好,复杂型面可一次成型,以及不受被加工材料机械性能的限制,工具耗损小等优点,所以受到普遍重视。六十年代,在航空发动机叶片及锻模加工方面取得了比较显著的成效,主要应用于锻模型腔、深孔、小孔、长键槽等截面叶片整体叶轮以及去毛刺等,并取得了显著的技术、经济效果，因此,得到比较迅速的发展。据统计，自1960年到1975年，电解加工在难切削材料加工中所占的比例增加两倍，从1960年的15%增加到1975年的45%。八九十年代在某些领域得到了新的应用，其应用要求也越来越高。九十年代后期起，电解加工研究机构及人员逐渐壮大，应用领域（尤其在航天、航空、兵器领域）进一步扩展，研究成果及论著数量激增，工艺技术水平、设备性能及产业发展均达到了一个新的高度。进入新世纪以来，高速发展的高新技术和电解加工融合，使其面临从一般加工到精密加工的突破。目前电解加工工艺技术研究涉及的方向很多，主要集中在电解复合加工、细微加工、数控展成加工及高频脉冲电流加工等几大领域。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。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。1.2.1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Ra0.40m，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，研究成果进一步从工艺角度证实了上述结论。1.2.2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景。1.2.3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Ra0.20.6m。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Ra0.160.63m。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。南京航空航天大学从20世纪80年代中期开始进行数控展成电解加工工艺技术的研究，已在电解加工设备研制、加工机理研究、控制软件编制及工艺试验等方面均取得了重要进展。具体研究内容包括以下几方面：设备研制：研制了五轴数控电解加工机床及配套的多轴联动数控系统。该机床具有三个直线运动坐标轴及二个旋转运动坐标轴，各轴均采用步进电机驱动。多轴联动数控系统为二级数控系统，上位机为一台通用计算机，用于数据处理及生成数控加工程序，下位机为组合在一起的五台经济型二轴数控单元及其驱动单元，用于驱动机床各轴运动。成形规律研究：研究了棒状外喷式阴极、三角形截面内喷式阴极、矩形截面内喷式阴极三种状况下展成电解加工间隙随一些主要工艺参数变化的规律。阴极设计：针对整体叶轮结构，设计制造了不同结构的开槽阴极、型面精加工阴极，并通过工艺试验对其结构进行不断改进，现已设计出了新颖结构的组合式开槽阴极及矩形截面整体式型面精加工阴极，很好地解决了加工过程中易产生的阴极短路烧伤问题。加工软件开发：针对整体叶轮的开槽加工及型面精加工，开发了相应的数控展成电解加工软件，具有叶片型面的数据处理、数控加工的展成运动轨迹计算及整体叶轮的三维型面几何造型等功能。加工工艺试验：包括直纹面、非直纹面整体叶(涡)轮及带冠整体叶轮的展成电解加工、叶片型面电解抛光与五轴联动电解磨削等。试验表明，工艺过程稳定可靠可以获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度。阴极设计：目前的生产实际中，多采用迭代试验修正法来制作阴极，这不仅浪费人力物力，而且要求操作者具备丰富的实践经验和很高的技术水平，同时也大大延误了生产周期，增加了制造成本。特别是对于形状复杂和精度要求较高的零件，阴极设计问题已成为影响电解加工应用的一个重要原因。南京航空航天大学研究设计了阴极设计CAD/CAE/CAM系统的结构框架以及开发策略。该系统基于专家系统，结合专业技术人员和领域专家的经验来优选工艺参数，并且采用基于自由边界的数值算法，保证算法的收敛性。南京航空航天大学还提出了一种基于正问题数值求解模拟“试验修整”进行阴极设计的方法。该方法将生产实际中制造阴极的过程再现于计算机上。采用有限元求解拉普拉斯方程得到加工间隙中的电位分布，通过不断地将获得的等位线与理想工件边界进行比较，将得到的差值映射到阴极端用来指导阴极的修整，直到工件阳极端的差值小于所允许的值。该设计方法具有易于处理复杂边界、收敛性好、精度高的特点。合肥工业大学也提出了应用阴极设计数据表来进行阴极设计的方法，通过合理设计工艺试验，获取了特征部位的加工间隙偏差值，据此计算出各特征部位对应阴极处的附加修正量。在此基础上，建立五种阴极设计数据表，为阴极设计提供了丰富的修正数据。在此基础上，可望建立阴极设计数据库。磁场提高电解加工精度的研究这项技术早期研究较多的是磁场对电解磨削、电解抛光的影响。近年来，国内开展了电解成型加工叠加磁场的研究。西北工业大学的研究发现当加工对象是钛合金或者是在NaCl电解液中加工45钢时，磁场可以显著减少杂散腐蚀，提高加工精度，而在NaNO3电解液中加工45钢则效果甚微。西安工业学院进行了磁场影响电场的仿真试验及在电解加工装置上叠加磁场的加工工艺试验。试验表明，电解加工过程中叠加磁场会改变原有电场分布，进而改变间隙流场的分布，从而有利于解决以往电解加工过程中的杂散腐蚀现象，提高电解加工的质量。只有在叠加磁场方向垂直于电场方向且N极指向电场叠加磁场时，对电场均布有较明显的作用。此外，采取切割流线的方向叠加磁场，洛仑兹力的作用有利于成股的束流展开；磁场可以减小电解液的粘度，改善其流动性能，有利于及时排走电解产物和热量，改善加工条件，提高加工稳定性。除了上述五大研究方向之外，带冠整体叶轮加工、周期循环电解加工、数控铣床电解加工、脉冲电解加工间隙测控方法、基于BP神经网络的电解加工精度预测模型、电解加工中管理系统的开发等工艺技术的研究均有所创新或突破。1.3电解加工的分类及应用电解加工主要用于成批生产时对难加工材料和复杂型面、型腔、异形孔和薄壁零件的加工。例如加工炮管镗线、透平叶片型面、整体叶轮、锻模、航空发动机机匣、异形深小孔、内齿轮和花键孔等；还可用于去毛刺、刻印和电解扩孔。1.4 课题研究内容根据研究对象联接环热锻模，设计一套加工该热锻模的电解加工工装，包括：（1）联接环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等软件画出联接环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。图1.2 联接环的二维图图1.3 联接环的三维图2 电解加工理论分析2 电解加工理论分析2.1加工影响分析电解加工中，加工间隙的控制对加工精度和加工过程的稳定性都非常重要。加工间隙是电解加工的核心工艺要素，它是决定加工精度的主要因素，因此获得均匀、稳定、大小适中的间隙对电解加工至关重要。在窄缝电解加工中，若能尽可能采用小的加工间隙进行加工，可以显著提高加工精度和生产率。研究中采用未绝缘的薄片电极进行直流电解加工工艺试验，图2-3 是加工间隙示意图（以其中某一缝为例）。在窄缝的电解加工中，其端面间隙b D 和侧面间隙s D 如图。图2.1 加工窄缝时的加工间隙示意图电解加工过程中，当工件的蚀除速度与工具的进给速度相等，两者达到动态平衡时，端面间隙为（2.1）式中 b D 底面平衡间隙（mm）h 电流效率（取决于工件材料和电解液间匹配）w 体积电化学当量mm /(A h) 3 （取决于工件材料）k 电导率（1/Wmm）（取决于电解液参数：成分、浓度、温度等）R U 电解液的欧姆压降（V） (取决于电解液、阴极和工件材料、电流密度)毕业设计(论文)u 阴极的进给速度（mm/min）式（2.1）说明底面平衡间隙b D 与电流效率h 、体积电化当量w 、电导率k,欧姆压降R U成正比，而与进给速度u成反比。至于侧面间隙（侧面不绝缘），在电流效率相等的条件下有（2.2）式中 s D 侧面间隙（mm）h进给量在窄缝电解加工中，随着加工深度的增加，侧壁腐蚀一直进行。不同间隙处的金属去除速度是不同的，1为大间隙，s D为小间隙，这两处的去除速度分别为：式中，分别为大间隙电流效率、小间隙电流效率；w为工件材料的体积电化学当量，k为电导率，U为电压，1 dE,2 dE分别为大间隙电极电位差、小间隙电极电位差。对于NaCl电解液，在加工条件一致的情况下，1 2 h h，不同间隙处的去除速度约等于间隙距离比。由侧面间隙公式可知侧面间隙为抛物线形，加工深度越大，加工精度越差。而对于NaNO3电解液，由于侧壁上对应1处的电流密度小于s D处的电流密度，对应1处的1h也随之大大减小，侧壁上的去除速度大大减小，从而加工精度不会随加工深度的增加而恶化，而且由公式可知，去除速度与电流效率有很大的关系。在窄缝电解加工中，为了尽可能减小加工间隙，提高加工精度，通常选用NaNO3电解液，其电流效率随着电流密度i的减少而减少。对于群窄缝加工，通常采用很低的电流密度，这就意味着其电流效率会比常规加工的更低，根据加工间隙公式，更低的电流效率带来了比常规加工更小的加工间隙。采用薄片状电极进行加工时，由于电极厚度通常很薄，表面涂敷均匀绝缘层的难度较大，若群窄缝同时加工时更难实现均匀绝缘，故研究中采用未绝缘金属片电极。在端面间隙公式中，电流密度和加工用电解液对加工间隙有很大关系。通常直流电解加工常用的电解液是NaCl电解液和NaNO3电解液。NaCl电解液在很宽的范围内，其电流效率几乎保持常数，接近100%，一般不随阳极材料、电解液浓度和温度、加工中电流密度大小等变化；而3 NaNO电解液的电流效率不仅随加工材料、电解液浓度和温度等变化，而且电流密度不同时，由于钝化现象会使电流效率出现大幅度变化。图2.2 是NaCl电解液和NaNO3电解液的电流效率和电流密度i的关系曲线。图2.2 NaCl和NaNO3的-i关系曲线2.2 电极对流场的影响分析电解加工中，电解液的流场状况是很重要的，它不但影响到电解加工的复制精度和表面质量，而且还可能由于流场分布不好而引起短路，损坏工具和工件。采用薄片状电极的电解加工中，电解液的流动属于钝物体绕流，有尾迹现象。尾迹现象在钝物体后产生涡流区，此涡流区内的电解液流速慢，类似于死水，得不到迅速的更新，很容易形成离子堆积，浓差极化严重，电解产物也不容易及时排除，造成这一局部区域电解速度降低，影响加工成型精度，严重时甚至引起短路。尾迹的流动是非定常湍流，随来流雷诺数不同而呈现不同的速度分布，在不同的雷诺数范围内，绕薄片厚度大的产生的尾迹涡流区域长度比绕厚度小的情况大。在窄缝电解加工过程中，加工间隙比常规电解更小，尾迹涡流长度很容易影响到实际加工过程。在电解液状态不变的情况下，通过减小薄片电极的厚度，可以使尾迹涡流区长度相应地随之减小，尾迹对加工的影响也随之减小，加工精度和加工过程稳定性都可以得到提高。3 联接环热锻模电解加工阴极设计计算3 联接环热锻模电解加工阴极设计计算由于工件较为复杂，采用机械加工难度较大，采用机械加工加工困难，生产效率较为低下，而且不适合去除不规整凹槽，采用常规加工方法费时费力，而且工序繁多，所以不建议采用传统加工方法。采用电解加工电解加工的方法比传统的机械加工的优点有：加工中不存在机械切削力，所以加工后零件表面无残余应力，加工后不会产生由于切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边和毛刺。表面粗糙度可达模锻型腔为0.050.20毫米和0.1毫米左右的平均加工精度。可加工高硬度、高强度和高韧性的难加工金属材料。加工过程中阴极工具电极在理论上不会存在损耗，可以长期使用。电解加工的加工效率高，大约为电火花加工的5-10倍，在一些加工情况下，比切削加工的生产效率还高，而且加工效率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制，一次成型，工序简单。无接触加工，从根本上解决工件因加工产生的变形。电解加工间隙分为端面间隙、侧面间隙和法向间隙。要保证高的成型精度，除了端面间隙要维持在一个比较小的水平外，侧面间隙的大小随加工深度的变化也必须保证在较小的范围，这样才能保证加工微孔的锥度和加工窄缝侧壁的垂直度。3.1 阴极材料的选择阴极材料一般选黄铜或导电性能好、便于补焊修理电解加工中造成的短路烧伤缺陷的低碳钢。阴极设计时,首先是选择或确定加工底部的间隙值,间隙值值越小,加工的质量越高,但也越容易短路,造成流场设计复杂。通常,影响间隙值的因素较多,所以在机床、电源条件允许的情况下,建议取间隙值在0.15mm0.30mm之间。间隙的计算一般分下列三种情况。第一种是圆弧部分的间隙计算，第二种是形锻斜度7位置间隙计算，第三种是有45斜面处的间隙计算。3.2阴极尺寸的计算在电解加工应用和研究的初期，甚至当今在实际生产中，还大都采用上述近似的研究方法，最典型的是cos法。它是基于如下简化电场的假设条件下进行研究的。毕业设计(论文)第一：沿电流线方向，电位梯度不变；在同一电流线上，有相同的电场强度。第二：从阳极等位面（a=U）开始，到阴极等位面（c=0）止，电位逐渐减小，等位面与电流线正交，电流线有阳极指向阴极。第三：取电流效率为常数（对NaCl电解液电解液在任何电流密度条件下可取为常数；对NaNO3电解液在高于一定的电流密度条件下可近似为常数）；在同一电流线上取电解液导电率相同。基于以上假设，则可认为：在同一电流线上，电流密度相同；又因为先前已约定加工出于平衡状态，且电解加工间隙很小（0.11mm），则在工件被加工表面法向与工具阴极表面法向间夹角不大的情况下，近似认为电流线同时垂直工件及阴极表面，取电力线的直线长度替代实际呈弧线形状的电力线。如此，求解电解加工之间隙长度问题就转化为求解相应处电力线长度的问题，可才用欧姆定律建立起近似电流线长度与加工电压的关系；再基于法拉第电解定律导出阳极表面电解速度的大小以及最终阴、阳极型面相互之间的几何关系。其有关成型规律的方程组可写作：在加工平衡状态：上式中 U阴、阳极之间的电压（V）；E电解加工阴、阳极电极电位值总和；UR间隙电解液中的电压降（V）；i电流密度（A/cm2）；电解液导电率（1/cm）；电解加工间隙（cm）；阴极送进速度v与工件阳极表面法向之间的夹角；对应上述=0处的平衡加工间隙（cm）；h对应=0处的平衡加工间隙，通常又称端面平衡间隙（cm）；Va阳极被加工表面的法向蚀除速度，通常简称为工件加工速（cm/s）；v工具阴极送进速度（cm/s）；电流效率；体积电化当量（cm3/As）。图3.1 基于简化电场的成型规律描述cos以上方程组就是基于简化电场进行成型规律计算和阴极设计的实用计算式，也就是常用的cos法。电解加工阴极的设计除了最常用的cos法外，对于一些加工性状简单的工件，可以采用等间隙分布的原则进行阴极的设计。等间隙分布的原则是指在工件原有的尺寸上进行同等间隙的缩放，缩放后得到阴极的形状尺寸。设计时首先将几何形状的复杂的型腔分为几个简单的部分，然后分别决个个部分的阴极尺寸。a. 主阴极设计根据查阅参考的资料以及试验的经验，进给速度的快慢对阴极设计有很大的关系，进给的速度快，加工的间隙小。反之，进给的速度慢，加工的间隙大。根据查阅参考资料以及试验的经验的初步找出部分进给速度与斜度的关系。连接环主型腔阴极的设计根据给定的模型获得的零件图可的，电解加工在工件与阴极之间间隙大于等与一个毫米则不发生电解加工反应，故阴极的设计应该遵循电解加工的原理，加工锻模材料为合金钢材，所设计的阴极材料采用金属铜，采用黄铜可以增加电解加工的效率和提高加工成型零件的表面质量。阴极的尺寸的确定，阴极的尺寸应当小于零件的尺寸大约为一个毫米，考虑加工中的误差以及加工间隙的流场问题，加工过程防治电解液成为死水，导致电解加工的短路而烧伤阴极等情况，所设计的阴极应该比原零件小0.1个毫米。图3.2主形腔阴极图主型腔阴极的尺寸为：L=120.5-20.55=120.39毫米A=101.1-20.55=100毫米B=54.8-20.55=53.7毫米因为考虑加工锻模型腔的深度，阴极的加工深度应当为29毫米，在阴极中要加入喷液芯子所以还要进行芯子的设计。喷液芯子是放在主型腔的阴极之中的，所以喷液芯子的尺寸可根据阴极的尺寸来决定，由此可得，芯子的高度应当小于主型腔阴极的高度，根据住型腔阴极的尺寸得到喷液芯子的尺寸应当如图所示。喷液芯子上与主型腔阴极接触的部分要开喷液孔，方便电解液的流出。喷液芯子的材料为有机玻璃。对喷液芯子的要求是：在阴极体中间形槽中间能自由滑动。他的外形尺寸等于阴极体中间的形槽尺寸减去0.15毫米左右的间隙的值。在245倒角处，开设小斜孔2-3，数量根据实验结果而定。孔的位置和方向要对准首先进入加工区的部位，以便有较高的电解液流速通过加工区，使得加工能够顺利进行。图3.3喷液芯子图b. 阴极内外腔的加工间隙当进给速度为2毫米/分；阴极的侧面为不绝缘直边。根据实际的加工结果可以得知：圆弧外形尺寸A两端单边间隙为0.55毫米，所以A=101.1-20.55=100毫米圆弧内形尺寸B单边间隙为0.95毫米，所以B=64.36+20.95=66.24毫米图3.4飞边阴极图侧槽斜度为:当进给速度为2毫米时，加工斜度大约为7度。c. 芯子阴极外形下口尺寸单边间隙为0.61毫米则x=tg717=2.1毫米所以B=54.82（2.10.61）=49.4毫米内形下口尺寸单边间隙为0.625毫米，高度为10的下口尺寸（545处）；A=64.36+20.95=66.24毫米芯子阴极是在主型腔阴极加工完毕之后，加工锻模中间代加工的位置，图示中可以看做为黄色虚线画的的位置，因为锻模已经被主型腔阴极以及飞边阴极加工过得到加工后的槽，所以加工芯子的阴极设计应当大于被加工的面积，使得整个被加工面全被阴极覆盖，不会产生加工不到或者无法加工的情况。图3.5芯子阴极图圆弧部分的成型可按照图3.6确定：如图所示。图3.6圆弧部分成型4 电解液的选择4电解液的选择4.1电解液的作用电解液是产生电解加工阳极溶解的载体：使得阴极与阳极之间组成的电化学反应的体系，实现电化学加工，同时也是电流传送的媒介。使得电解蚀除产物的顺利排出，控制极化，使得阳极溶解能够正常连续的进行。产生的热量被电解液带走，工件基本上没有温升，适合于加工热敏性材料的零件。4.2电解液的分类常用的电解液可以分为中性电解液、酸性电解液与碱性电解液三大类。中性电解液的腐蚀性小，使用较为安全，故应用最为广泛。，最常用的电解液有三种，分别是：,。酸性电解液加工精度低，腐蚀性强，表面质量差。加工效率高，过程稳定，组分及性能基本不变，加工相对成本低，安全，无毒。适合大批量生产加工。加工精度高，腐蚀性较弱。便面质量高。加工效率低，生产过程中要调节PH值或追加电解液，补充电解质。强氧化剂一般都可以助燃，危险性较高。使用于精加工范畴。其中PH呈中性电解液为,。该设计采用为电解液，主要腐蚀性好，加工效高，加工成本低，安全无毒，导电性能优良等优点。电解液选择溶液，浓度参数选择10-12%，温度40-50。电解加工速度为： =I=I=公式中电导率（1mm）阳极工件金属被加工法线方向的溶解速度，即电解加工速度（mmmin）毕业设计(论文)I电流Ur电解液的欧姆电压降（v）加工间隙（mm）表2.1电解液比较项目常用浓度250g/l以内400g/l以内450g/l以内表面粗糙度与电流密度，流速及加工材料有关一般为=0.8-6.3在同样条件下低于电解液低于和加工精度较低较高高表面质量加工镍基合金易产生晶界腐蚀，加工钛合金易产生点蚀一般不产生晶界腐蚀但电流密度低时会产生点蚀杂散腐蚀最小，一般也不会产生点蚀，已经加工耐腐蚀性好腐蚀性强较弱弱安全性安全、无毒助燃（氧化剂）助燃（强氧化剂）阳极溶解特性线性非线性（浓度小于30%）非线性循环使用性能加工中损耗小，仅需要过滤或者补充水分即可加工中有少量的NH3气体析出，有消耗，需要定时补充加工中含有分解产生的一价负离子，逐渐改变非线性本质，需要定时补充稳定性加工过程比较稳定，组成及性能基本不变加工过程中PH值缓慢增加，应该需要调整PH值小于9Cl离子增加或者减少，加工一段时间要补充电解质相对成本：： =2:5:125 联接环热锻模电解加工工装设计5 联接环热锻模电解加工工装设计5.1电解加工所受到的影响和误差电解加工的生产率，是以单位时间内去除的金属量来衡量的，用mmmin或者gmin表示。他首先决定于工件材料的电化学当量，其次与电流密度有关。此外，电解液及其参数也有很大的影响。表4.1一些常见金属的电化学当量金属名称密度/gcmK/gAh/Ah/Amin）铁7.861.042二价0.696三价133892.221.48镍8.801.0951242.07铜8.931.1881332.22钴8.731.0991262.10铬6.90.648三价0.324六价94471.560.78铝2.640.3351242.07一个电子所带的电量为1.610C摩尔电子电量为-964851.610C6.0210.电解时电极上溶解的或者析出的物质的量（质量M或者体积V），与电解电流的I和电解的时间成正比，及与电量成正比Q。用公式符号表示如下：用质量来计算： m=Kit用体积来计算： V=It公式中 m电极上溶解的或者析出的物质的质量（g）;V电极上溶解的或者析出的物质的体积（mm）;K被电解的物质的质量化学当量g/Ah;被电解的物质的体积电化学当量 Ah ;I电解电流（A）；t电解时间（h）.不过的在实际的电解加工中，一些情况下阳极还可能出现其他反应，如氧气或者氯气的析出，或者有部分的金属离子以及高价离子的溶解，从而额外的多消耗一些电荷量，所以金属的被电解量有时会小于所计算的理论值，为此，实际加工中需要考虑电流效率毕业设计(论文)100%公式：5.2 联接环热锻模夹具设计外压板的的材料为玻璃钢，安装位置在外压套的下面，外压板与工件平面用胶圈密封。其中间的孔型与阴极外形相似，他的周边与阴极的外形有0.5-0.8毫米的间隙，孔型各处间隙值的大小不相等，在电解液难以通过的地方（如死角或者流程较长的部位）间隙开的就大一些，相反的情况之下的部分间隙就开的小一些。5.3 联接环热锻模夹具装夹设计(1) 夹紧装置的种类繁多，综合起来其结构均由两部分组成。动力装置产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力；机动夹紧是采用动力装置。常用的动力装置有液压装置、气动装置、电磁装置、电动装置、气-液联动装置和真空装置等。夹紧装置传递夹紧力。动力装置所产生的力或人力要正确地作用到工件上，需有适当的传动机构。传递机构是把原动力传递给夹紧装置。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。(2) 夹紧装置的设计要求。夹紧装置的设计和选用是否正确，都保证工件的精度、提高生产率和减轻工人劳动强度有很大的影响。因此，夹紧装置应满足以下要求：夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。1）夹紧力的大小适当。保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，振动小，又不超出允许的变形。2）夹紧装置的复杂程度应与工件的生产纲领相适应。工件生产批量越大，越应设计较复杂、效率较高的夹紧装置。3）具有良好的结构工艺性。力求简单，便于制造维修，操作安全方便，并且省力。夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要的定位基面。夹紧力的方向尽可能与切削力和工件重力同向。夹紧力作用点的选择1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。(3) 夹紧力大小的估算理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。估算的步骤：第一：建立理论夹紧力FJ理与主要最大切削力FP的静平衡方程：FJ理= (FP)。第二：实际需要的夹紧力FJ需，应考虑安全系数，FJ需=KFJ理。第三：校核夹紧机构的夹紧力FJ是否满足条件：FJFJ需。5.4 联接环电解流场的设计电解加工是阳极(工件)溶解的电化学发展过程。其加工效果取决于电场、流场、温度场等方面的综合影响。过去对电解加工成型规律的研究，都是在假设流场均匀的前提下，对电场分布规律所进行的研究。大量科研、生产实践证明：流场设计是电解加工阴极装置设计中一项重要内容，它不仅对电场分布有着显著影响，而且决定电解加工的成败。广义的流场设计应包括液流通道设计和加工区流场设计两个方面，液流通道设计虽从属于加工区流场设计，而它的合理与否对加工区流场分布也有着重要影响。加工区流场包括稳定区流场和进出口流场，稳定区流场又包括主流场与辅助流场。而主流场是指加工区电解液的主要供、排方式，即电解液总的流向。它对加工区的压力、流速、流量、流程、温度和产物均有显著影响。而辅助流场是指为了保证主流场稳定均匀而进行的一些补偿电解液的辅助设计。它是为了保证加工区沿程流速稳定均匀，而在不同过水截面上所采取逐段增液或减液的辅助措施。辅助流场的设计从属于主流场的流向。当主流场的电解液从加工区小的过水截面流向大的过水截面时。辅助流场为增液流场，以便逐段增加电解液保证沿程流速基本稳定。反之亦然。辅助流场电解液的增、减量取决于主流场各过水湿周的变化和间隙分布。过去有关供液方法的分类，主要是根据型面、型腔、端面等加工的情况归纳出来的，据此将其分为正流法、反流法和侧流法。这3种供液方法都属于单向供液方法，现在看来有其局限性，不够全面，系统。为了使电解液在加工区具有良好的流动特性，应根据工件的类型和形状特点以及加工要求和方式的不同，采用不同的供液方法。根据目前的电解加工的应用情况，可将供液方法分为5类，除了过去的如图5.1所示，本文又提出了另外3类供液方法。分别为：轴向供液类、喷射供液类和组合供液类。图5.1 电解加工供液方法喷射供液是采用特殊喷头将电解液送入加工区实施加工。根据被加工件的结构特点和加工要求，可采用直接喷射和间接喷射。根据电解液喷射方向又分为切向喷射法、平行喷射法、垂直喷射法和径向喷射法4种。在采用上述喷射供液方法时，为了不使小孔或窄缝复制到工件上喷射孔数宜多，孔径宜小，且须交错排列，孔径或缝宽应小于加工间隙。电解液系统是由电解液(含NaCl水溶液)、水泵、管道、经阴极进入加工区,使正负极之间产生电解作用,并不断将电解产物冲刷排除掉,保证加工顺利完成。流场方面，流场一般是根据加工对象的几何形状确定的，这里采用正流式。此处流场的设计,是指阴极到加工区的设计。其设计原则是:电解液顺利通过并完全覆盖阴极端面,不得有任何空区、死水区和涡流区。5.5 联接环锻模导电方式电耗和电能效率是锌电解重要的技术指标,吨锌直流电耗W用下式计算:W=实际消耗直流电量/阴极锌产量= V/q1000式中:W为每吨阴极锌直流电单耗(kWh/t);V为平均槽电压(V);q为锌的电化当量(112193g/Ah);为电流效率(%)。从上式知,单位电能消耗与电流效率成反比,与槽电压成正比。因此,降低槽电压是降低电能消耗最重要的因素之一。槽电压即每个电解槽内阴阳极之间的电压降。它由硫酸锌的分解电压,阴阳极间电解液的电压降,阳极、阴极、导电板、导电头、导电片、导电杆、阳极泥、接触点等电路中的电阻电压降所组成。接触点的电压降与导体接触电阻有关,而导体接触电阻又与导电方式密切相关。导体接触电阻受许多复杂因素影响。R =/ Fn式中:R为导体接触处的接触电阻();为经验常数(P);F为接触处的压力(P); n为指数,单接触点为015,多接触点近似为1。导体接触电阻与接触点的压力成反比关系。导体相互接触的接触电阻除了与其接触的压力有关外,还与接触面的形状、接触面表面积的大小、接触方式等有极其密切的关系,即与导电方式有关系。目前,国内电解阴极锌的导电方式有两种:一种是阴阳极板夹接导电方式,另一种是槽间导电板搭接导电方式。槽间导电板搭接导电方式比阴阳极板夹接导电方式接触面积大,压力大,导电接触电阻小,电压降小,电耗小。夹具与机床应可靠的绝缘，对于采用阴极保护的机床尤为重要。必须严格防止漏电，否则某些绝缘材料例如环氧树脂、电木等在被击穿产生火花放电烧损成碳粉后，变成导体，将发生严重短路。5.6提高电解加工的质量5.6.1表面缺陷及防治措施电解加工的表面质量包括两点：表面粗糙度和表面的物理化学性质两方面。正常的电解加工的表面粗糙度能达到Ra1.25-0.16m,由于靠电化学阳极溶解去除金属，所以没有切屑力和切屑热的影响，不会在加工表面发生塑性变形，不存在残余应力、冷作硬化或烧伤退火层等缺陷，影响表面。a. 凸起块在加工过程中阴极有时产生轻微的短路烧伤而留下痕迹，造成阴极痕迹对应的部分产生凸起块。将阴极被烧伤处进行修补，就可以消除这种疵病。b. 流纹外压板与阴极之间的间隙不均匀，电解液流场的分布不好，就会产生流纹。解决方法是，调整外压板与阴极之间的间隙。电解加工中蚀除速度与电流效率、体积电化学当量、电导率、欧姆电压Ur成正比，而与电极间隙成反比，即电极间隙愈小，工件被腐蚀去除的速度将愈大。但间隙过小将引起火花放电或者电解产物特别是氢气排泄不畅，反而降低腐蚀去除速度或易被脏物堵塞死而引起短路。当电解液参数、工件材料、电压等均保持不变时，即Ur=C（常数），则=C= = -起始间隙5.7 电解加工的供液系统电解液系统是电解加工设备中的不可缺少的一个组成部分。系统的主要组成有泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀等。目前大多的泵采用的是多级离心泵，这种泵的密封和防腐性较好，故使用周期较长。随着电解加工的进行，电解液中的电解产物也就会使他的含量增加。最后使得电解液为粘稠的成为糊状，严重时将堵塞加工间隙，引起局部短路。所以说电解液的过滤与净化是相当必要的。电解液的净化方法很多，最广泛使用的是自然沉积法。由于金属氢氧化物是絮状物的存在于电解液中，而且质量较小，因此自然沉积的速度很是缓慢，必须要有较大的沉积面积，才能获得显著的效果。介质的过滤方法也是常用的方法之一。目前最常采用的是筛孔尺寸为0.07到0.15mm的尼龙网，成本较低，效果较好，制造和更换都更加容易。实践证明，电解加工中的最有害物质不是氢氧化物的沉淀，而是一些固体杂质小碎屑或者是腐蚀冲刷下来的金属。5.8 工装总体设计图图5.2工装总体设计图图5.3工装总体设计三维图参考文献结论本次毕业设计所做的是联接环锻模电解加工工装设计。电解加工是利用阳极溶解的原理并借助于成型阴极将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种加工工艺方法。本次设计采用cos法，给阴极一定的角度进行加工，根据所给工件的形状设计阴极。对加工阴极流场的设计应与液

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