【工装夹具类】油箱盖热锻模电解加工工装设计【全套CAD图纸】【毕业设计】
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【工装夹具类】油箱盖热锻模电解加工工装设计【全套CAD图纸】【毕业设计】,工装,夹具,油箱盖,锻模,电解,加工,设计,全套,cad,图纸,毕业设计
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- 1 - 西安工业大学北方信息工程学院 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 吴华龙 学 号 导 师 贾建利 2012 年 12 月 24 日 2 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): 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。 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。 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。 3 1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。 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 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 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 低表面粗糙度可达 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。 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,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 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 、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 面粗糙度达 波兰华沙工业大学的 986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 度可达 面粗糙度达 波兰 行了型面光整加工的试验研究,取得了形状误差小于 ,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 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。 究方法或措施 究的主要内容 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、 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。 5 采用的研究方案 案一: 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。 案二: 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 案三: 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 去阴极单面涂层厚度约 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 。 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 维图 图 维图 图 6 图 箱盖热锻模 维 图 7 图 箱盖热锻模 维图 周次填写) 1 2 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 油箱盖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 ; 4 6 周 : 进行油箱盖热锻模设计及其电解加工阴极 设计计算 ; 7 9 周 : 进行油箱盖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 ; 10 15 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 ; 16 18 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 ; 8 参考文献 1. 沈健 ,张海岩 ;锻模电解加工工具电极的反拷和修正方法 J;电加工与模具 ;2001年 04 期 2. 张春 ,李毅 ;模具型腔的数控铣削法电解加工 J;电加工与模具 ;2004 年 04 期 3. 沈健 ;热锻模电解加工工具电极的反拷和修正 J;模具工业 ;2005 年 11 期 4. 朱树敏 ;陈淑芬 ;张海岩 ;低浓度复合电解液的性能及应用 J;电加工 ;1985 年 06 期 5. 朱树敏 ;沈光祖 ;锻模的脉冲电流电解加工 J;电加工 ;1990 年 01 期 6. 沈健 ,朱树敏 ,陈远龙 ;锻模电解加工新技术 J;电加工 ;1998 年 01 期 7. 朱永伟,万胜美,朱树敏 ;振动进给、脉冲电流电解加工设备及工艺的研究 J;电加工 ;1996年 05期 8. 赵雪松 ,朱树敏 ;镍钛合金球拍的电 化学加工 J;电加工 ;1999期 04 期 9. 姚宏伟 ,卢星河 ;装饰不锈钢管材的快速电化学蚀刻 J;化学世界 ;2002 年 01 期 10. 刘德成 ;夹心式复合加工表面形貌特征 J;新技术新工艺 ;2007 年 03 期 11. 张海岩 ;齿轮的电化学去毛刺工艺研究 J;新技术新工艺 ;1996 年 04 期 12. 吴蒙华 ,李晓伟 ,刘晋春 ,郭永丰 ;不锈钢凹形字图的快速电解蚀刻 J;新技术新工艺 ;1997 年 01 期 13. 赵雪松 ,苏学满 ,杨明 ;模具钢电解机械复合抛光工艺研究J;中国机械工程 ;2003 年 12 期 14. 柯旭贵 ;基于 参数化图形的建立与实现 J;安徽机电学院学报 ;2001 年 02期 15. 朱荻 ;国外电解加工的研究进展 J;电加工与模具 ;2000年 01期 16. 徐家文 ,王建业 ,田继安 ;21 世纪初电解加工的发展和应用 J;电加工与模具 ;2001 年 06 期 17. 王建业 ,冯倩 ,罗干英 ,刘丛宽 ,林苏文 ,罗天友 ;高频、窄脉冲电流电解加工模具试验研究 J;电加工 ;1999年 04期 18. 周茂军 ,苏铁明 ,欧宗瑛 ;以 J;大连轻工业学院学报 ;2001 年 04 期 19. D K P. Ra M o f w J. 1999, 10: 589 F in b in J .M ry ng 1985 ( 7) : 44 l J1997, 38 ( 1): 11- 9 注: 1. 正文:宋体小四号字,行距 22 磅。 2. 开题报告由各系集中归档保存。 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 毕业设计(论文)任务书 系 ( 部 ) : 专业: 班级 姓名 学号 文)题目: 油箱盖热锻模电解加工工装设计 义: 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、设计、撰写。( 4)创新能力和团队精神。 论文 )的主要内容(理工科含技术指标): 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 、 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。 起始时间、设计地点): 设计要求: 通过设计,提高学生设计和创新能力。设计说明书包括文献综述、设计方案和决策及思路,设计中对导电、供液以及有关结构和装夹的计算和说明。 进度安排: 1 2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 油箱盖 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 ; 4 6周 : 进行 油箱盖 热锻模 设计 及其 电解加工阴极 设计计算 ; 7 9 周 : 进行 油箱盖 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 ; 10 15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 ; 16 18 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 ; 文)的工作量要求 : 实验(时数) *或实习(天数): 2周 图纸(幅面和张数) *: 纸不少于 3张 其他要求: 论文字数 以上 ;外文翻译 不少于 1000英文单词 ;参考文献 中文 15篇 , 英文 3篇 。 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系主任审批 : 年 月 日 说明: 1本表一式二份,一份由学生装订入附件册,一份教师自留 。 2 带 *项可根据学科特点选填。 油箱盖热锻模电解加工工装设计 开题报告 一、 选题的目的及意义 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。 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、设计、撰写。( 4)创新能力和团队精神。 二、 国内外研究现状 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。 1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。 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 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 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 ,2,3,最低表面粗糙度可达 1,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。 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,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 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 5,6。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 、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 5。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 912。 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 面粗糙度达 波兰华沙工业大学的 986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 度可达 面粗糙度达 波兰 行了型面光整加工的试验研究,取得了形状误差小于 ,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 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 7,8,9。具体研究内容包括以下几方面: (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 (5)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 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 10。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 11。 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 12。 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 5钢时,磁场可以显著减少 杂散腐蚀,提高加工精度,而在 5钢则效果甚微 13。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 电场均布有较明显的作用 14。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 15。 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 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。 三、本课题的研究手段和预期结果 1、 研究内容 (1)查阅文献资料,详细研究零件图,了解零件的结构 。 (2)根据零件的结构选取毛坯的种类和制造方法毛坯余量的选择 。 (3)制定工艺规程和可行性分析 。 (4)选择粗精基准,计算和选择金属切削 机床的技术参数 。 (5)根据 电解加工工装 的结构设计工序过程中的专用夹具 。 2、本课题可能遇到的问题及其研究方法 ( 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。 3、课题预期结果 ( 1) 了解了 电解加工工装 的作用,完成对零件的结构分析,并制作出合理的夹具及装夹方案 ( 2) 在保证经济和尺寸精度的要求下制定出合理的加工方法及加工工序。 ( 3) 在老师的要求下及自己的计划内完成各项任务。 4、完成课题所需的工作条件 在前期得做好各项准备,要查阅大量的文献了解 电解加工工装 的结构,并在 上画出这个零件,认真去了解他的结构,这当中就需要一些工具书比如机械加工工艺手册,夹具设计图册,刀具设计手册以及有关教材及参考资料,最后如果有需要还可以选择去工厂调研,以上条件具备完成本课题所需的工作条件。 四、研究进度 第 1 第 2 周 完成收集资料,开题报告,文献综述及外文翻译等 第 3 周 根据零件结构和尺寸要求,完成工艺规程设计 第 6 第 9 周 工艺装备设计 第 10 第 12 周 编写设计说明书 第 13 周 毕业设计答辩 五、主要参考 文献资料 1 于勇 . 我国机械制造技术的现状及发展方向 J. 山西焦煤科技 ,2010,(:752 应雷 . 浅谈我国机械制造业的困境和发展战略对策 J. 科技资讯 , 2010,(27) :112 3 侯志楠 . 浅析机械制造技术的发展历程、现状及趋势 J. 2010/20 4 濮良贵,纪名刚 . 机械设计 M 2006 5 黎震,朱江峰 . 先进制造技术 M . 北京理工大学出版, 2009 6 郑修本 . 机械制造工艺学 M . 北京:机械 工业出版社, 2007 7 徐鸿本 . 机床夹具设计手册 M宁科学技术出版社, 2004 8 闻邦椿 . 机械设计手册(第 5 版)第 1 卷 机械工业出版社, 2010 9 张捷 . 机械制造技术基础 M . 西南交通大学出版社 , 2006 10卢秉桓 . 机械制造基础 M 械工业出版社, 2008 11 王先逵 . 机械制造工艺学 M 械工业出版社, 2004 12 ,2005 13 E. ,2006 - 1 - 西安工业大学北方信息工程学院 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 吴华龙 学 号 导 师 贾建利 2012 年 12 月 24 日 2 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): 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。 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。 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。 3 1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。 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 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 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 低表面粗糙度可达 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。 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,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 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 、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 面粗糙度达 波兰华沙工业大学的 986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 度可达 面粗糙度达 波兰 行了型面光整加工的试验研究,取得了形状误差小于 ,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 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。 究方法或措施 究的主要内容 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、 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。 5 采用的研究方案 案一: 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。 案二: 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 案三: 从阴极设计方面提出设
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