油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計,油箱蓋,鍛模,電解,加工,工裝,設計 畢業(yè)設計（論文）任務書 系（部）： 專業(yè)： 班級 姓名 學號 1.畢業(yè)設計（論文）題目： 油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計 2.題目背景和意義： 采用電解加工實現(xiàn)模具加工具有表面質量好，使用壽命長，脫模好，成本低的優(yōu)點。通過本課題的設計，達到：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎課、技術基礎和專業(yè)課的知識，分析解決工程技術問題的能力；（2）鞏固加深擴大基本理論和技能；（3）受高級工程技術人員能力的訓練；調研、查閱文獻，制定方案、設計、撰寫。（4）創(chuàng)新能力和團隊精神。 3.設計(論文)的主要內容（理工科含技術指標）： 根據(jù)研究對象油箱蓋熱鍛模，設計一套加工該熱鍛模的電解加工工裝，包括：（1）連桿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）運用Pro/E、UG等軟件畫出油箱蓋熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖。電解加工裝置除了應保證工件裝夾和定位外，還應考慮導電、供液、流場分布，非加工面的保護，工件和工具（即正負極、陰陽極）之間的絕緣等問題。 4.設計的基本要求及進度安排（含起始時間、設計地點）： 設計要求：通過設計，提高學生設計和創(chuàng)新能力。設計說明書包括文獻綜述、設計方案和決策及思路，設計中對導電、供液以及有關結構和裝夾的計算和說明。 進度安排：1～2周：熟悉課題，完成關于電解加工的2000字文獻綜述，翻譯外文資料； 3周：確定油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工工裝方案，繪制其結構草圖，準備開題答辯； 4～6周：進行油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工陰極設計計算； 7～9周：進行油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計，包括導電、供液方式和流場設計，準備中期答辯； 10～15周：完善整個電解加工工裝設計、完成裝配圖（包括三維裝配圖）及零件圖的繪制等工作； 16～18周：對所有圖紙進行校核，編寫設計說明書，所有資料提請指導教師檢查，準備畢業(yè)答辯； 5.畢業(yè)設計（論文）的工作量要求： ① 實驗（時數(shù)）*或實習（天數(shù)）： 2周 ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： A0#圖紙不少于3張 ③ 其他要求：論文字數(shù)1.5萬字以上；外文翻譯不少于1000英文單詞；參考文獻中文15篇, 英文3篇。 指導教師簽名： 年 月 日 學生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說明：1本表一式二份，一份由學生裝訂入附件冊，一份教師自留。 2 帶*項可根據(jù)學科特點選填。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012年 12 月 24 日 10 1、畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）： 1.1題目背景： 采用電解加工實現(xiàn)模具加工具有表面質量好，使用壽命長，脫模好，成本低的優(yōu)點。通過本課題的設計，達到：（1）培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎課、技術基礎和專業(yè)課的知識，分析解決工程技術問題的能力；（2）鞏固加深擴大基本理論和技能；（3）受高級工程技術人員能力的訓練；調研、查閱文獻，制定方案、設撰寫；（4）創(chuàng)新能力和團隊精神。 基于電解過程中的陽極溶解原理并借助于成型的陰極，將工件按一定形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法，稱為電解加工。 1.2研究意義 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學陽極溶解的原理將工件加工成形的種特種加工方法。加工時，工件接直流電源的正極，工具接負極，兩極之間保持較小的間隙。電解液從極間間隙中流過，使兩極之間形成導電通路，并在電源電壓下產生電流，從而形成電化學陽極溶解。隨著工具相對工件不斷進給，工件金屬不斷被電解，電解產物不斷被電解液走，最終兩極間各處的間隙趨于一致，工件表面形成與工具工作面基本相似的形狀。電解加工對于難加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢。目前，電解加工已獲得廣泛應用，如炮管膛線，葉片，整體葉輪，模具，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工。并且在許多零件的加工中，電解加工工藝已占有重要甚至不可替代的地位。 1.3國內外相關研究情況 電解加工以其加工速度快、表面質量好、凡金屬都能加工而且不怕材料硬、韌、無宏觀機械切削力、工具陰極無損耗、可用同一個成形陰極作單方向送進而成批加工復雜型腔、型面、型孔等優(yōu)點，在20 世紀60 年代初，首先在炮管膛線和航空發(fā)動機渦輪葉片的加工中得到應用，其后又逐漸擴大應用于鍛模型腔、深孔、小孔、長鍵槽、等截面葉片整體葉輪的加工以及去毛刺等領域，取得了顯著的技術、經(jīng)濟效果。但是，在70 年代以后，隨著國際市場經(jīng)濟競爭形式的變化，產品更新?lián)Q代快，生產批量減小，使得電解加工的適用范圍也發(fā)生變化?？傮w看應用范圍有所減小，但應用要求卻越來越高。 在經(jīng)歷大約20年的低潮后，從20世紀90年代后期起，電解加工又重新煥發(fā)了生機。其研究機構及人員逐漸壯大，應用領域(尤其在航天、航空、軍工領域)有所擴展，研究成果及論著數(shù)量激增，工藝技術水平及設備性能均達到了一個新的高度。 1工藝技術研究 目前，電解加工工藝技術研究涉及的方向較多，但主要集中在微秒級脈沖電流加工、微精加工、數(shù)控展成加工、陰極設計及磁場對電解加工的影響等五大領域。下面分別加以詳述。 1.3.1微秒級脈沖電流加工 自20世紀70年代初起，前蘇聯(lián)、美國、日本、法國、波蘭、瑞士、西德等相繼開始了對脈沖電流電解加工的研究。在國內，多家單位相繼開展了毫秒級脈沖電 流電解加工的研究并成功用于工業(yè)生產。隨著近代功率電子技術的發(fā)展，新型快速功率電子開關元件如MOSFET、IGBT等出現(xiàn)，使得有可能實現(xiàn)微秒級脈沖電流電解加工。20世紀90年代以來，微秒級脈沖電流電解加工基礎工藝研究取得突破性進展。研究表明，此項新技術可以提高集中蝕除能力，并可實現(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量，型腔最高重復精度可達0.05mm，最低表面粗糙度可達Ra0.40μｍ，有望將電解加工提高到精密 加工的水平，而且可促進加工過程穩(wěn)定并簡化工藝，有利于電解加工的擴大應用。 國內外眾多研究機構利用微秒級脈沖電流開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以及氣門模具生產加工試驗[1，3]，研究成果進一步從工藝角度證實了上述結論。 1.3.2微精加工 從原理上而言，電化學加工技術可分為兩類：一類是基于陽極溶解原理的減材技術，如電解加工、電解拋光等；另一類是基于陰極沉積原理的增材技術，如電鍍、電鑄、刷鍍等。這兩類技術有一個共同點，即材料的去除或增加過程都是以離子的形式進行的。由于金屬離子的尺寸非常微小(10-1nm級)，因此，相對于其它“微團”去除材料方式(如微細電火花、微細機械磨削)，這種以“離子”方式去除材料的微去除方式使得電化學加工技術在微細制造領域、以至于納米制造領域存在著極大的研究探索空間。從理論上講，只要精細地控制電流密度和電化學發(fā)生區(qū)域，就能實現(xiàn)電化學微細溶解或電化學微細沉積。微細電鑄技術是電化學微細沉積的典型實例，它已經(jīng)在微細制造領域獲得重要應用。微細電鑄是LIGA技術一個重要的、不可替代的組成部分，已經(jīng)涉足納米尺寸的微細制造中，激光防偽商標模版和表面粗糙度樣塊是電鑄的典型應用。但電化學溶解(成型)加工的雜散腐蝕及間隙中電場、流場的多變性嚴重制約了其加工精度，其加工的微細程度目前還不能與電化學沉積的微細電鑄相比。目前電化學微精成型加工還處于研究和試驗階段，其應用還局限于一些特殊的場合，如電子工業(yè)中微小零件的電化學蝕刻加工(美國IBM公司)、微米級淺槽加工(荷蘭飛利浦公司)、微型軸電解拋光(日本東京大學)已取得了很好的加工效果，精度已可達微米級。微細直寫加工、微細群縫加工及微孔電液束加工，以及電解與超聲、電火花、機械等方式結合形成的復合微精工藝已顯示出良好的應用前景。 數(shù)控展成加工 傳統(tǒng)的拷貝式電解加工的陰極設計制造困難，加工精度難以保證。尤其對整體葉輪上的扭曲葉片之類通道狹窄的零件表面，由于受工具陰極剛性及加工送進方式的限制，拷貝式電解加工更難以完成其加工任務。20世紀80年代初，以簡單形狀電極加工復雜型面的柔性電解加工——數(shù)控展成電解加工的思想開始形成，它以控制軟件的編制代替復雜的成形陰極的設計、制造，以陰極相對工件的展成運動來加工出復雜型面。這種加工方法工具陰極形狀簡單，設計制造方便，應用范圍廣，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中。80年代中期，前蘇聯(lián)烏法航空學院特種加工工藝及設備研究所以 過程控制為突破口，設計了一種柔性電解加工單元，應用特殊的電流脈沖波形和高選擇性的電解液，加工精度達0.02mm，表面粗糙度達Ra0.2～0.6μm。波蘭華沙工業(yè)大學的Kozak教授于1986年率先提出了電解銑削的思想，以棒狀旋轉陰極作類似于圓柱狀側銑刀的成形運動來形成加工表面，成功地應用于直升機旋翼座架型面的加工，加工中采用NaNO3電解液，精度可達±0.01～0.02mm，表面粗糙度達Ra0.16～0.63μm。波蘭Cracow金屬切削學院的A.Ruszaj和J.Cekaj教授利用形似球頭銑刀的工具陰極，進行了型面光整加工的試驗研究，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用價值。美國、英國、俄羅斯都高度重視數(shù)控電解加工技術的研究并已得到應用，在新型航空發(fā)動機及航天火箭發(fā)動機的研制中發(fā)揮了重要作用。美國GE公司的五軸數(shù)控電解加工，美國、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際先進水平。 2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 研究的主要內容 根據(jù)研究對象油箱蓋熱鍛模，設計一套加工該熱鍛模的電解加工工裝，包括：（1）連桿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）運用Pro/E、UG等軟件畫出油箱蓋熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖。電解加工裝置除了應保證工件裝夾和定位外，還應考慮導電、供液、流場分布，非加工面的保護，工件和工具（即正負極、陰陽極）之間的絕緣等問題。 課題研究的主要內容是通過對所給零件的分析，設計加工零件的陰極，以及裝夾高溫合金零件電解加工的陰極和工件的夾具裝置。 （1）在剛開始的時候工序的劃分以及定位基準會比較難選擇，所以就在過程中腰認真分析零件圖，了解電解加工工裝的結構特點及相關的技術要求而加工工序要根據(jù)生產類型，零件的結構來認真分析。 （2）在夾具設計的時候也可能遇到問題，比如工件的定位是否正確，定位精度是否滿足要求等等，所以要調查現(xiàn)階段國內外比較先進的電解加工工裝結構，從整體上把握設計的方向，了解電解加工工裝的加工工藝規(guī)程及夾具的設計原理。 （3）通過大量的資料，研究零件的結構，選擇合適的加工方法，及選擇合理的基準和工序安排。 （4）熟悉夾具的結構選擇合理的機床及裝夾設備，確定加工余量和工序，進行精細的準確的尺寸計算，和時間的估算。 2.2擬采用的研究方案 2.2.1 方案一：從導電方面考慮設計方案，有兩種選擇，一是將電纜線引入，用線鼻子直接接到工件陽極跟工件陰極，二是在工作箱外將電源線接到滑枕體及不銹鋼工作臺，電流通過陰極安裝板及工作臺傳導到陰極和陽極。前者線路損失小，且因工作臺、夾具均不帶電，可以采用耐蝕的非金屬材料，如采用金屬材料對不帶電的零件則加以陰極保護，防止電化學雜散腐蝕。但此方案的缺點是工作箱內導線較多，走線較復雜，布局欠佳，每次裝卸工件時還要拆卸線鼻子，并要防止正負極線鼻子相碰或正極線鼻子與工作箱相碰而引起送電時短路。所以選第二種方案。 2.2.2方案二：從流場方面考慮設計方案，根據(jù)電解液的流動方向、加工送進方向及加工間隙之間的幾何關系，可分為三種流動形式，即側流式、正流式和反流式?？筛鶕?jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式。對于型面曲率變化不大的三維型面如一般葉片型面、葉片鍛模型腔等，可采用側流式，對于圓孔、型孔可采用正流式或反流式，對于某些復雜的型腔或型面，可在陰極上設計適當?shù)耐ㄒ翰郏祝┎捎谜魇交蚍戳魇?，或者兩種流動形式都存在的復合流動形式進行加工。針對我的零件采用復合式。在流場設計方面還應該考慮電解液流速和進口壓力。確定電解液流速的原則：（1）選則適當高的流速，能從加工間隙中帶走電解產物，且使電解液流動處于紊流狀態(tài)，這樣有利于均勻流場并消除濃差極限，（2）選擇適當高的流速以控制溫升。電解液壓力的確定，是指加工間隙進口處的壓力和電解液輸出泵的出口，考慮到管道中的壓力損失，一般電解液泵出口壓力需比電解液進口壓力高0.05-0.1pa。 2.2.3方案三：從陰極設計方面提出設計方案，對其陰極型管的直線度有嚴格要求。端面倒角10°，在側面間隙，約0.15~0.22mm，減去陰極單面涂層厚度約0.05mm，還有足夠的間隙空間允許電解液順暢通過；端面制成加工凸緣根據(jù)加工孔徑的大小和精度要求，確定凸緣外徑和加工刃帶的寬度。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 電解加工是利用金屬在電解液中產生電化學陽極溶解的原理對工件進行成形加工的特種加工，又稱電化學加工。電解加工的重點是針對不同的加工零件設計出加工該零件的陰極以及裝夾該零件電解加工的陰極和工件的夾具裝置。電解加工的難點是電解加工是一種復制加工, 工具陰極的輪廓形狀須根據(jù)圖紙給定的工件形狀和加工間隙的分布規(guī)律來設計，加工間隙分布的不均勻導致陰極設計非常困難。 工作定位 陰極設計 流程設計 導電 Cad二維圖 圖3.1 proe三維圖 圖3.2 圖3.1油箱蓋熱鍛模cad二維圖 圖3.2油箱蓋熱鍛模proe三維圖 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1～2周：熟悉課題，完成關于電解加工的2000字文獻綜述，翻譯外文資料； 3周：確定油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工工裝方案，繪制其結構草圖，準備開題答辯； 4～6周：進行油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工陰極設計計算； 7～9周：進行油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計，包括導電、供液方式和流場設計，準備中期答辯； 10～15周：完善整個電解加工工裝設計、完成裝配圖（包括三維裝配圖）及零件圖的繪制等工作； 16～18周：對所有圖紙進行校核，編寫設計說明書，所有資料提請指導教師檢查，準備畢業(yè)答辯； 參考文獻 1. 沈健,張海巖;鍛模電解加工工具電極的反拷和修正方法[J];電加工與模具;2001年04期 2. 張春,李毅;模具型腔的數(shù)控銑削法電解加工[J];電加工與模具;2004年04期?3. 沈健;熱鍛模電解加工工具電極的反拷和修正[J];模具工業(yè);2005年11期?4. 朱樹敏;陳淑芬;張海巖;;低濃度復合電解液的性能及應用[J];電加工;1985年06期 5. 朱樹敏;沈光祖;;鍛模的脈沖電流電解加工[J];電加工;1990年01期 6. 沈健,朱樹敏,陳遠龍;鍛模電解加工新技術[J];電加工;1998年01期 7. 朱永偉，萬勝美，朱樹敏;振動進給、脈沖電流電解加工設備及工藝的研究[J];電加工;1996年05期?8. 趙雪松,朱樹敏;鎳鈦合金球拍的電化學加工[J];電加工;1999期04期 9. 姚宏偉,盧星河;裝飾不銹鋼管材的快速電化學蝕刻[J];化學世界;2002年01期 10. 劉德成;;夾心式復合加工表面形貌特征[J];新技術新工藝;2007年03期 11. 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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 20.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 21.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- 5 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號字，行距22磅。 2. 開題報告由各系集中歸檔保存。 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設計(論文) 油箱蓋鍛模及其電解加工工裝設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 年 月 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《XXXXXXXX》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學陽極溶解的原理將工件加工成型的一種特種加工方法。其材料的減少過程以離子的形式進行,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在制造領域有著很大的發(fā)展?jié)摿?。特別是對于難切削加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢，在航空、航天推進器以及兵器制造上得到廣泛的應用，成為國防工業(yè)生產中的關鍵制造技術。 根據(jù)研究對象油箱蓋熱鍛模，設計一套加工該熱鍛模的電解加工工裝，包括：（1）油箱蓋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）運用Pro/E、UG等軟件畫出油箱蓋熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖。電解加工裝置除了應保證工件裝夾和定位外，還應考慮導電、供液、流場分布，非加工面的保護，工件和工具（即正負極、陰陽極）之間的絕緣等問題。 關鍵詞：電解加工，油箱蓋鍛模，工裝設計 5 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 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 電解加工基本原理 1 1.2電解加工的工藝特點 2 1.3 電解加工的應用 3 1.4 電解加工技術的研究現(xiàn)狀 4 1.5 課題研究內容 4 第2章 電解加工理論分析 7 2.1電解加工原理 7 2.2電解加工的電化學基礎 8 第3章 油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工陰極設計計算 13 3.1 陰極材料的選擇 14 3.2 陰極的尺寸設計 14 第4章 油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計 15 4.1 油箱蓋熱鍛模夾具定位設計 15 4.2 油箱蓋熱鍛模夾具裝夾設計 16 4.3 水套設計 19 4.4 底座設計 19 4.5 油箱蓋熱鍛模導電方式 19 4.6 油箱蓋熱鍛模供液方式 20 4.7 油箱蓋電解流場的設計 21 4.8 工裝總體設計圖 23 總 結 24 參考文獻 25 致謝 27 油箱蓋熱鍛模及其電解加工工裝設計 第1章 緒論 1.1 電解加工基本原理 電解加工（Electrochemical machining, 簡稱ECM）是利用金屬在電解液中可以發(fā)生陽極溶解的原理，將零件加工成形的，加工過程中工具陰極和工件陽極不接觸，具有加工不受材料強度和硬度限制、工具陰極無損耗、不會產生加工變形和應力以及加工質量好、生產率高等優(yōu)點。因此自電解加工問世以來，就受到制造業(yè)的廣泛重視，被應用于加工機械加工困難的整體葉輪、葉片、炮管膛線等零件以及難加工材料成分的零件，還在鍛模、齒輪和各種型孔以及去毛刺等方面取得廣泛的應用。隨著整個制造業(yè)向精密化、化發(fā)展，工業(yè)產品設計中大量的結構對其制造精度和制造工藝提出了越來越嚴格的要求，電解加工技術面臨新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，在擴展新的應用領域、提高加工精度和穩(wěn)定性、與其它加工技術的復合應用等方面，各國的研究人員都在進行更深入的探討和研究。 電解加工的基本原理是電化學陽極溶解，如圖1.1所示。此種加工技術要求被加工的工件必須為導電材料，工具通常為紫銅、黃銅或不銹鋼材料。加工時，工件接電源正極，工具接電源負極，電源電壓通常為5～20V，加工電流密度為20～200A/cm2。工具電極向工件低速進給，使陰極和陽極之間保持較小的加工間隙（0.1～0.8mm），同時，使具有一定壓力（0.5～2MPa）的電解液從間隙中流過，這時陽極工件的金屬材料被逐漸溶解，電解產物被高速流動的電解液帶走，從而將工件加工成型。 (—) ( + ) 1 vf (a) 加工開始 (b) 加工終止 (—) ( + ) vf 2 3 4 1——電解加工電源；2——工具陰極；3——工件陽極；4——電解液 圖1.1 電解加工原理簡圖 根據(jù)法拉第第二定律，推導出電解加工中陽極工件成型規(guī)律的方程組，可寫作： （1-1） 上式中——間隙電解液中的歐姆壓降（）； ——陰、陽極之間的電壓（）； ——電解加工的陰、陽極電極電位值總和（）； ——電流密度（）； ——電解液的電導率（）； ——電解加工間隙（）； ——工件的加工速度（）； ——電流效率； ——被電解物質的體積電化學當量（）； 一般情況下，采用鉆削加工的孔具有良好的幾何精度和形位精度，并且其加工經(jīng)濟性較好，所以一直是主要的孔縫加工手段。但鉆削小孔存在的主要問題有：鉆頭剛性較差，扭矩及軸向力大，工作時易彎曲、折斷，刀具壽命短，切屑不易排出，鉆頭冷卻困難，入鉆時難以定心，加工生產率低等。 為達到一定的鉆削速度，多采用每分鐘萬轉以上的鉆頭轉速，配合很小的進給量，故對整臺機床主軸系統(tǒng)的精度要求很高。近年來發(fā)展的振動切削加工通過使工件相對于鉆頭作一定頻率和振幅的軸向振動，可解決入鉆時難以定心、鉆偏、排屑和斷屑等問題，在加工精度和表面質量均有明顯改善，但生產效率降低。此外，采用微小的立銑刀銑削加工可以獲得很高的加工速度和良好的斷屑排屑，且通過控制走刀軌跡可以加工幾何形狀復雜的孔縫結構，不過鉆削加工無法加工比刀具更硬的材料，且存在加工應力和毛刺。 1.2電解加工的工藝特點 與常規(guī)的切削加工方法相比，切削加工是依靠硬的工具擠壓軟的工件，使工件上多余的金屬脫離工件基體到達成型目的。然而，在電解加工中，陰、陽極是不接觸的，在陽極上發(fā)生電化學溶解反應，陽極的金屬原子一個一個地脫離陽極表面，在陰極上發(fā)生析氫反應。因此，電解加工具有如下特點： （1）加工范圍廣。電解加工是一種非接觸式加工，工具材料可以是較軟的易加工的金屬材料，電解加工不受被加工材料的強度、硬度、韌性的限制，幾乎可以加工所有的導電材料，加工后工件材料的金相組織基本不發(fā)生變化。因此，它常用于加工硬質合金、高溫合金、淬火鋼、不銹鋼等難切削加工材料以及薄壁、易變形工件。 （2）加工效率高。常規(guī)的切削加工需要多次切削才能達到零件的尺寸精度，然而，電解加工通過簡單的進給運動，一次進給加工出復雜的型面、型腔等，而且加工速度可以隨電流密度成比例地增加。據(jù)統(tǒng)計，電解加工的加工效率是電火花加工的5～10倍。美國Sermatech公司使用電解加工工藝加工發(fā)動機部件，提高了生產效率，使得加工時間降低為傳統(tǒng)切削加工時間的一半。而且電解加工速度不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。 （3）加工質量好。型面和型腔的加工精度可達0.05～0.20mm；型孔和套料的加工精度可達0.03～0.05mm；對于一般中、高碳鋼和合金鋼，可穩(wěn)定地達到Ra1.6～0.4。 （4）無工具陰極損耗。在電解加工過程中，工具陰極上只發(fā)生析氫反應，而不發(fā)生金屬溶解反應。 （5）進給運動簡單。電解加工的進給運動通常是直線運動，而沒有復雜的曲線運動。 （6）對難加工材料復雜形狀工件的批量生產，電解加工是一種低成本的工藝。 盡管電解加工具有諸多的優(yōu)點，但是也存在一些局限性，主要表現(xiàn)為： （1）加工精度和加工穩(wěn)定性不高。電解加工中，影響加工精度和穩(wěn)定性的因素較多，包括電解液流場、加工間隙電場、加工電源電壓、進給速度等10多個因素。 （2）工具陰極的設計和修正比較麻煩，周期長，因而電解加工只適合大批量生產。對于單件小批量生成，成本較高。 （3）電解加工所需的附屬設備較多，占地面積較大，而且機床需要足夠的剛性和防腐蝕性能，造價較高。電解產物需進行妥善處理，否則將污染環(huán)境。 綜上所述，電解加工對難加工材料、復雜形狀零件的批量生產是一種高效、高表面質量、經(jīng)濟的工藝方法，只要加工對象選擇得當，發(fā)揮出電解加工的優(yōu)勢，就能收到良好效果。 1.3 電解加工的應用 20世紀60年代初，電解加工工藝首先在炮管膛線和航空發(fā)動機渦輪葉片的加工中得到應用，其后又逐漸擴大應用于鍛模型腔、深孔、小孔、長鍵槽、等截面葉片整體葉輪的加工以及去毛刺等領域，取得了顯著的經(jīng)濟效果，電解加工已成為制造業(yè)中一種重要的加工工藝之一。70年代以后，雖然其應用范圍有所減小，但應用要求更高，且在某些新的領域又得到新的應用?，F(xiàn)在國內外已廣泛用于葉片、機匣、深細小孔、膛線、花鍵等重要零件的加工。近二十年在民用工業(yè)如汽車、拖拉機、煤機等的鍛模加工及去除毛刺中也得到了廣泛應用。 為適應高新技術的發(fā)展、新型軍工型號研制的需要，以及提高電解加工自身的水平，近二十余年，國內外在提高電解加工精度及擴大電解加工的應用等方面進行了大量的研究工作。新型電解液、脈沖電流電解加工、復合電解加工、數(shù)控展成電解加工等新興工藝方法以及CNC自動生產線、CNC自動機床等新興電解加工設備的出現(xiàn)，為實現(xiàn)上述戰(zhàn)略目標展現(xiàn)了廣闊的前景。 1.4 電解加工技術的研究現(xiàn)狀 隨著越來越多的結構出現(xiàn)在工業(yè)應用中，加工的研究得到越來越廣泛的重視。近幾年來由于許多其它領域的新技術、新工藝的引入以及對電解加工過程機理的更深入研究，電解加工一改原來加工精度不高的特點，被應用于高精度結構的加工中，在電解技術方面的研究也迅速發(fā)展起來。 微納米加工的尺寸多在幾微米以下，而普通小型加工尺寸為毫米級，中間的這段范圍（幾微米至幾百微米）稱為meso scale，隨著現(xiàn)代工業(yè)向精密化、化發(fā)展，微電子、航空航天、精密儀器和精密模具等領域中出現(xiàn)了越來越多的金屬結構，而其中大部分的尺寸都是meso scale，它們的加工精度、加工質量、加工效率等對產品的性能、質量和成本有很大的影響，由于上述原因，國外近年來越來越重視meso machining的研究，因此研究這一經(jīng)濟、高效和實用的加工技術顯得很有意義。 目前電解加工發(fā)展方向主要有兩方面：一是不斷追求電解加工的極限加工能力，探求微納米尺度上的加工；二是針對目前工業(yè)制造中大量存在的meso scale(尺寸從幾微米至幾百微米)的結構，研究如何采用電解加工經(jīng)濟、高效地進行加工。目前，國內外開展這方面的研究主要包括針對硅材料的半導體加工技術和針對金屬等非硅基材料的加工技術，前者研究比較系統(tǒng)、成熟；而針對金屬材料，目前發(fā)展了許多不同的加工技術（如LIGA技術、電火花加工技術、激光加工技術等），雖然加工精度和加工尺寸均能達到較高的水平，但是存在加工效率低、成本昂貴、加工范圍有限等缺點。 近年來電解加工技術在整個制造領域，尤其是在meso machining研究中正受到越來越廣泛的重視，美國、德國、日本等發(fā)達國家的科研機構相繼開展了這方面的研究，并在加工機理、加工精度等關鍵問題上取得了一定的進展。作為一種新的很有應用前景的微型機械加工技術，電解加工在國內的研究才剛剛起步，需要迎頭趕上。 1.5 課題研究內容 根據(jù)研究對象油箱蓋熱鍛模，設計一套加工該熱鍛模的電解加工工裝，包括：（1）油箱蓋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）運用Pro/E、UG等軟件畫出油箱蓋熱鍛模電解加工工裝三維裝配圖。電解加工裝置除了應保證工件裝夾和定位外，還應考慮導電、供液、流場分布，非加工面的保護，工件和工具（即正負極、陰陽極）之間的絕緣等問題。 第2章 電解加工理論分析 2.1電解加工原理 電解加工（Electrochemical Machining（ECM）），是利用陽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。其理論基礎是1834年法拉第發(fā)現(xiàn)的金屬陽極溶解基本定律，即法拉第定律。圖1.1所示為電解過程示意圖，圖中顯示金屬鐵電解的過程，它由電解質溶液、直流電源、連接電源正極的工件陽極、連接電源負極的工具陰極組成。當接通電源后，電解反應并未開始就發(fā)生，只有當電壓升高到臨界值（分解電壓）后，電解過程才開始，在陰極處開始有氣泡生成，在陽極處開始有電解產物出現(xiàn)。 圖1.1電解加工過程示意圖 在陰極和陽極的電極/溶液界面上發(fā)生主要電化學反應過程為： 陽極一側： Fe=Fe2++2e(陽極溶解) 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： 2H++2e=H2↑（逸出氫氣） 如果陽極只發(fā)生陽極溶解而沒有析出其它物質，則根據(jù)法拉第第一定律，陽極溶解的金屬質量為: M=kQ=kIt、 陽極溶解的金屬體積為: V=M/ρ=KIt/ρ=ωIt 從電解加工的試驗中可以得出，實際加工過程陽極金屬的溶解量并不和理論的計算量相同，通常是理論計算量會大于實際的溶解量，極少數(shù)情況也會發(fā)生實際溶解量大于理論計算量的情況。其原因是在理論計算時，采用了“陽極只發(fā)生確定原子溶解而沒有其它物質析出”這一假設，而實際加工情況是： 1)實際溶解的原子價比計算用的原子價要高或低； 2)除金屬溶解外還有一些副反應消耗了一部分電流； 3)金屬有時在電解加工過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。 為了表示這個實際和理論的差別，引入電流效率概念來表示實際溶解金屬所耗用的電量和通過陽極總電量的比例關系。電流效率η定義為： η=理論去除量/實際去除量 影響電流效率的因素有：電流密度，電解液的種類、濃度及溫度等工藝條件。其中，作為計算電解加工速度、分析電解成型規(guī)律的必要參數(shù)之一，電流密度對于電流效率的影響可以通過實驗獲得兩者之間的關系曲線，即η-i曲線。 2.2電解加工的電化學基礎 電解加工是一種由兩類導體串聯(lián)形成的電化學系統(tǒng)，電子得失的電化學反應發(fā)生在兩類導體界面，即電極的雙電層（如圖1.2）。關于電極的定義，在電解加工中習慣把它看成工具陰極和工件陽極，而從電化學的概念來理解，電極應當是包括金屬電極連同其相鄰溶液的整體，表示為電極/溶液。電解加工與普通電化學系統(tǒng)不同的是兩極間距離小，一般為0.10～0.60mm，電流密度遠高于普通的電化學系統(tǒng)，作為電極/溶液界面金屬的工件陽極，伴隨著氣體析出，金屬元素也隨之溶解。界面的溶液由于高速液體沖擊，電極表面擴散層厚度大大減小，濃度梯度變大，雙電層結構發(fā)生畸變，流體動力因素極大地影響了電化學步驟的液相傳質過程。同時由于大量氣體在小間隙內形成氣液混合體，加上溫度、蝕除產物的變化，使界面及極間狀態(tài)十分復雜，這也是導致電解加工過程不能徹底保證穩(wěn)定性和精度的重要原因。 電極反應發(fā)生在電極和溶液界面上，在一般的電化學系統(tǒng)中，界面的性質對反應速度影響很大，一方面表現(xiàn)在電極材料及其表面狀態(tài)，另一方面為界面存在電場所引起的特殊效應，這是因為界面上存在著離子雙電層電位差、表面偶極層的電位差、吸附雙層的電位差（如圖1.3）。 圖1.2雙電層分布示意圖 圖1.3電極溶液界面電勢示意圖 在一般電化學系統(tǒng)中形成的離子雙電層，電極表面只有少量剩余電荷，所產生的電位差不大，但它對電極反應的影響卻很大，如果電位差為1V，界面上兩層電荷間距的數(shù)量級為10-10m，則雙電層的場強為E=V/L=1010V/m。離子雙電層之所以能達到如此大的場強，就是因為兩層電荷的距離太小，這樣的場強足以使一般條件下本來不能進行的化學反應變得可以進行，如電解水。當然也可使電極反應速度發(fā)生極大變化，例如當界面電位改變0.1～0.2V，反應速度可改變l0倍。在場強的數(shù)量級超過106V/m時，任何電介質均被擊穿放電，引起電離，只不過電化學體系中可供擊穿的粒子均在雙電層外。而電解加工系統(tǒng)的電流密度及電極表面剩余電荷遠遠高于一般電化學系統(tǒng)，這也是電解加工能夠進行的主要因素。實際加工時，陽極溶解形成的加工間隙很大程度上受間隙流場、電場的影響，因為工件與陰極間的幾何形狀差異使流場不能均勻分布，氣、液和固三相流間隙的成形規(guī)律十分復雜，沿程氣泡率、電解產物和溫度的變化使工件溶解速度不能恒定，雜散腐蝕引起已加工面的二次蝕除使加工間隙失控。工件陽極的電極/溶液界面是形成最終成品的表面，在其發(fā)生的電化學過程是零件成形的實質過程，因此電解加工間隙的核心是工件電極/溶液界面，即電極的雙電層。 23 圖1.4電極反應中電子與離子轉移過程示意圖 液相傳質有電遷移、擴散和對流三種方式。間隙中從電極到溶液理論上可分為雙電層、擴散層和對流層三層，從擴散層向外為對流層，以對流傳質為主。在緊靠電極表面的薄層液體中，不管攪拌作用如何強烈，電遷移和擴散過程作為電極過程的一部分仍起著重要作用。當電極表面溶液當電極上有電流通過時，三種傳質方式同時存在，各區(qū)域的傳質方式以一種或兩種為主。電解加工采用高壓泵強力輸液，對流速度遠遠大于擴散速度，具有實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)擴散的條件。從所傳輸?shù)牧Ｗ忧闆r看，電遷移傳輸?shù)氖钦撾x子，擴散和對流傳輸?shù)目梢允请x子、分子，也可以是其他微粒。在電遷移和擴散過程中，溶質與溶劑之間存在著相對運動；在對流傳質過程中，溶液的一部分相對于另一部分做相對運動，而運動的這部分溶液中不存在溶質和溶劑的相對運動。 由于電解加工的工件電極本身是加工對象，兩極的形狀不是任意設計的，電極表面不可能靠改變形狀獲得均勻的擴散層。雖然電解加工采用高壓泵高速輸送電解液，極大程度消除了因擴散阻力引起的濃差極化，但是由于電解加工的對象一般形狀較復雜，在工件不同部位的傳質過程存在區(qū)別。復雜零件的電解加工，間隙各處流場不均勻，并且因為電遷移、擴散、對流所傳輸?shù)碾x子、粒子種類和速度的差異，必然造成電解加工電極表面各處電極過程不均勻。三種傳質方式在間隙中的不同分布、在電極表面附近溶液層中的不同比例對電極過程的影響，成為間隙形成過程中間隙不能均勻分布的重要因素。即使形狀簡單，從供液孔到加工間隙的過水面積的變化也不可避免，造成空穴、束流等。這些也是目前仍然無法找到電解加工過程中實時檢測間隙分布規(guī)律的因素。微細電解加工時，由于工具電極直徑只有幾十微米到幾百微米左右，高壓、高速的電解液沖刷會影響加工精度和破壞微細電極，所以通常采用靜液或相當于靜液電解槽內加工，這樣就會使加工間隙中電解液供液困難，新鮮電解液很難流入加工間隙，電解產物和電解產生的熱量也很難排除，因此，微細電解加工中必須考慮如何改善小間隙內電解液的充足供給和電解產物與電解熱的排出問題。在超純水微細電解加工中，超純水屬于低濃度、低電導率的電解液，并擁有較低的粘度，可以減少流動的壓力損失并加快熱量及產物的遷移，從而可運用于小間隙加工；另外，其較高的熱容可防止沸騰和空穴的形成，有利于小間隙、高電流密度的加工。 電解加工以其加工速度快、表面質量好、凡金屬都能加工而且不怕材料硬、韌、無宏觀機械切削力、工具陰極無損耗、可用同一個成形陰極作單方向送進而成批加工復雜型腔、型面、型孔等優(yōu)點，在20 世紀60 年代初，首先在炮管膛線和航空發(fā)動機渦輪葉片的加工中得到應用，其后又逐漸擴大應用于鍛模型腔、深孔、小孔、長鍵槽、等截面葉片整體葉輪的加工以及去毛刺等領域，取得了顯著的技術、經(jīng)濟效果。但是，在70 年代以后，隨著國際市場經(jīng)濟競爭形式的變化，產品更新?lián)Q代快，生產批量減小，使得電解加工的適用范圍也發(fā)生變化?？傮w看應用范圍有所減小，但應用要求卻越來越高。 在經(jīng)歷大約20年的低潮后，從20世紀90年代后期起，電解加工又重新煥發(fā)了生機。其研究機構及人員逐漸壯大，應用領域(尤其在航天、航空、軍工領域)有所擴展，研究成果及論著數(shù)量激增，工藝技術水平及設備性能均達到了一個新的高度。 第3章 油箱蓋熱鍛模設計及其電解加工陰極設計計算 因為電解加工對象本身尺寸一般為0.1-1mm，考慮到其相應的加工精度，必須采用小間隙加工。電解的加工間隙一般為0.01-0.1mm之間，遠小于常規(guī)電解加工間隙的尺寸0.1-1mm。在電解加工中，加工間隙的大小和穩(wěn)定程度是對加工得以實現(xiàn)非常重要。 電解加工間隙分為端面間隙、側面間隙和法向間隙。要保證高的成型精度，除了端面間隙要維持在一個比較小的水平外，側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壁的 垂直度。 在占電解加工中大部分的微孔窄縫加工中，由于間隙無法直接測量，通常采用加工孔徑和工具電極直徑之差的一半（即側面間隙大小）來間接評定加工間隙。電極側壁的絕緣是必須的，加工間隙如圖2-1所示。 Δs Δb 絕緣層 工具電極 工件 b x0 Δb-端面加工間隙； Δs-側面加工間隙； x0-側面加工間隙； b-工作帶寬度； 圖2-1 電解加工間隙示意圖 （2-1） 電解中側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）內的參數(shù)b趨近于0，故加工中側面間隙。 電解時加工間隙很小，間隙內電解液的量也很少，如果要實現(xiàn)和勻速電解加工一樣的加工速度，間隙內的溫升和氣泡析出將極大的影響電導率變化，而且排出電解產物比勻速加工困難，其對穩(wěn)定加工的影響遠遠大于勻速加工，所以通常采用低速加工或者非勻速進給方式加工，以提高加工穩(wěn)定性，但其平均進給速度將顯著低于勻速進給電解加工，導致加工效率下降。 在電解中采用有效的工具陰極復雜運動進給方案，可以維持在小間隙下穩(wěn)定進行加工，不僅可以提高加工穩(wěn)定性，而且還可以提高加工精度。 對于單軸電解加工而言，加工對象的局限性較大，只局限于獲得其表面形狀由精確復制工具電極的表面形狀而來的加工對象，無法加工空間螺旋槽等類似結構。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的影響。加工間隙內電解液的更新是否及時會直接影響加工流場是否均勻穩(wěn)定。由于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構設計來實現(xiàn)更新電解液和排除電解產物的功能。 因此，有必要根據(jù)電解加工的獨特性，設計一種電解加工機床，其本體結構必須兼顧好的系統(tǒng)剛性、系統(tǒng)結構小型化和方便的操作維護性，有利于加工穩(wěn)定地維持在微小間隙下，剛度大，精度高，結構簡單，同時盡可能擴展加工對象的多樣性。 3.1 陰極材料的選擇 陰極材料一般選黃銅或導電性能好、便于補焊修理電解加工中造成的短路燒傷缺陷的低碳鋼。陰極設計時,首先是選擇或確定加工底部的間隙值,間隙值值越小,加工的質量越高,但也越容易短路,造成流場設計復雜。通常,影響間隙值的因素較多,所以在機床、電源條件允許的情況下,建議取間隙值在0.15mm～0.30mm之間。間隙的計算一般分下列三種情況。第一種是圓弧部分的間隙計算，第二種是形鍛斜度7°位置間隙計算，第三種是有45°斜面處的間隙計算。 3.2 陰極的尺寸設計 陰極的尺寸設計 其關鍵在于陰極齒頂面及兩側面的錐度齒頂角齒側角的取值錐度的大小直接影響陰極齒的長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)定性和生產效率為了既能保證加工速度粗加工過程中 法向間隙較小火花短路較多精加工段的設計 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量的要求由于精加工段的加工過程是處于一種過渡狀態(tài) 最終很難保證各個齒形的一致因此還需要通過拋光段的加工來對全齒進行最后一道精整從而確保工件的尺寸精度和表面質量通常拋光圈寬度b 取0.1-0.2 mm。 第4章 油箱蓋熱鍛模電解加工工裝設計 4.1 油箱蓋熱鍛模夾具定位設計 工件的定位的基本原理 六點定則 用合理分布的六個支承點限制工件的六個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，稱為“六點定位原則”，簡稱“六點定則”。 六點定則是工件定位的基本法則，用于實際生產時，起支承點作用的是一定形狀的幾何體，這些用來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系 工件定位時，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，有時要限制，有時可不限制，視具體情況而定。習慣上，工件的六個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，但能保證加工要求的定位稱為不完全定位。 在工件定位時，以下情況允許不完全定位： 加工通孔或通槽時，沿貫通軸的位置自由度可不限制。 毛坯（本工序加工前）是軸對稱時，繞對稱軸的角度自由度可不限制。 加工貫通的平面時，除可不限制沿兩個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限制工件的同一個或幾個自由度的定位稱為重復定位。重復定位分兩種情況：當工件的一個或幾個自由度被重復限制，并對加工產生有害影響的重復定位，稱為不可用重復定位。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生變形，甚至無法安裝和加工。因此，不可用重復定位是不允許的。 當工件的一個或幾個自由度被重復限制，但仍能滿足加工要求，即不但不產生有害影響，反而可增強工件裝夾剛度的定位，稱為可用重復定位。在生產實際中，可用重復定位被大量采用。 基準、對定位元件的基本要求 定位基準的選擇 定位基準的選擇，應盡量使工件的定位基準與工序基準相重合；盡量用精基準作為定位基準；遵守基準統(tǒng)一原則；應使工件安裝穩(wěn)定，加工中所引起的變形最??；應使工件定位方便，夾緊可靠。 對定位元件的基本要求 足夠的精度、足夠的強度和剛度、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時，所用定位元件一般可分為主要支承和輔助支承。主要支承用來限制工件的自由度，具有獨立定位的作用。輔助支承用來加強工件的支承剛性，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，如套類、齒輪、撥叉等。此種定位方式所用的定位元件有圓柱定位銷、定位心軸和圓錐定位銷等。 c.工件以外圓柱面定位。工件以外圓柱面定位時，常用的定位元件有：V形塊、定位套和半圓套。 4.2 油箱蓋熱鍛模夾具裝夾設計 (1)夾緊裝置的種類繁多，綜合起來其結構均由兩部分組成。 動力裝置 產生夾緊力。動力裝置是產生原始作用力的裝置。按夾緊力的來源，夾緊分手動夾緊和機動夾緊。手動夾緊是靠人力；機動夾緊是采用動力裝置。常用的動力裝置有液壓裝置、氣動裝置、電磁裝置、電動裝置、氣-液聯(lián)動裝置和真空裝置等。 夾緊裝置 傳遞夾緊力。動力裝置所產生的力或人力要正確地作用到工件上，需有適當?shù)膫鲃訖C構。傳遞機構是把原動力傳遞給夾緊裝置。它由兩種構件組成，一是接受原始作用力的構件，二是中間傳力機構。 (2)、夾緊裝置的設計要求 夾緊裝置的設計和選用是否正確，都保證工件的精度、提高生產率和減輕工人勞動強度有很大的影響。因此，夾緊裝置應滿足以下要求： 夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所處的正確位置。 b.夾緊力的大小適當。保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，夾緊可靠牢固，振動小，又不超出允許的變形。 c.夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產綱領相適應。工件生產批量越大，越應設計較復雜、效率較高的夾緊裝置。 d.具有良好的結構工藝性。力求簡單，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。 夾緊力作用點的選擇 a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內。 b. 夾緊力的作用點應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加工精度的影響。 c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 (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與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。 估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(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=Ф (FP)。 b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。 c.校核夾緊機構的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。 (2)、夾緊裝置的設計要求 夾緊裝置的設計和選用是否正確，都保證工件的精度、提高生產率和減輕工人勞動強度有很大的影響。因此，夾緊裝置應滿足以下要求： 夾緊過程中，不能破壞工件在定位時所處的正確位置。 b.夾緊力的大小適當。保證工件在整個加工過程中的位置穩(wěn)定不變，夾緊可靠牢固，振動小，又不超出允許的變形。 c.夾緊裝置的復雜程度應與工件的生產綱領相適應。工件生產批量越大，越應設計較復雜、效率較高的夾緊裝置。 d.具有良好的結構工藝性。力求簡單，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。 夾緊力作用點的選擇 a. 夾緊力的作用點應落在定位元件的支承范圍內。 b. 夾緊力的作用點應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加工精度的影響。 c. 夾緊力的作用點應盡量靠近加工表面。 (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與上述各力的作用平衡而計算出。但實際上，夾緊里的大小還與工藝系統(tǒng)的剛性、夾緊機構的傳遞效率等有關。而且，切削力的大小在加工過程中是變化的，因此，夾緊力的計算是個很復雜的問題，只能進行粗略的估算。 估算的方法：一是找出對夾緊最不利的瞬時狀態(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=Ф (FP)。 b.實際需要的夾緊力FJ需，應考慮安全系數(shù)，F(xiàn)J需=KFJ理。 c.校核夾緊機構的夾緊力FJ是否滿足條件：FJ>FJ需。 4.3 水套設計 電解加工中應向加工間隙內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電解液加以引導和密封并保證加工間隙內流場的均勻由于電解液的壓力較高 水套內采用全封閉流道并在水套與工件水套與導柱等結合面處采用可靠的密封如配置橡膠海綿形密封圈等 4.4 底座設計 底座是工件的安裝定位基準但在該工藝中它又擔當一個重要作用就是要確保加工過程中電解液出口的背壓這是因為電解液從加工區(qū)流出后要進入底座內然后再從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)流場的均勻和工件表面質量的提高經(jīng)過反復試驗出液孔的直徑選定8 mm對應的電解液背壓是0.5MPa。 短陰極加工法的陰極齒很短 又省去了前引導部分因而可以在目前廣為應用的立式電解加工機床上使用顯著擴大了其應用范圍同時輔助加工時間也大為縮短生產率得以明顯提高。 4.5 油箱蓋熱鍛模導電方式 電耗和電能效率是鋅電解重要的技術指標,噸鋅直流電耗W 用下式計算: W = 實際消耗直流電量/ 陰極鋅產量= V/ q·η×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 為鋅的電化當量(112193g/ A·h) ;η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。槽電壓即每個電解槽內陰陽極之間的電壓降。它由硫酸鋅的分解電壓,陰陽極間電解液的電壓降,陽極、陰極、導電板、導電頭、導電片、導電桿、陽極泥、接觸點等電路中的電阻電壓降所組成。接觸點的電壓降與導體接觸電阻有關,而導體接觸電阻又與導電方式密切相關。導體接觸電阻受許多復雜因素影響,見(2)R =ε/ F·n (2)式中:R 為導體接觸處的接觸電阻(Ω) ;ε為經(jīng)驗常數(shù)(Ω·P) ;F 為接觸處的壓力( P) ; n 為指數(shù),單接觸點為015 ,多接觸點近似為1 。導體接觸電阻與接觸點的壓力成反比關系。導體相互接觸的接觸電阻除了與其接觸的壓力有關外,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系,即與導電方式有關系。 目前,國內電解陰極鋅的導電方式有兩種:一種是陰陽極板夾接導電方式如圖1 ,另一種是槽間導電板搭接導電方式如圖2 。槽間導電板搭接導電方式比陰陽極板夾接導電方式接觸面積大,壓力大,導電接觸電阻小,電壓降小,電耗小。 圖1 　陰陽極板夾接導電示意圖 1. 銅排　2. 電解槽　3. 陰極板　4. 陽極板 圖2 陰陽極板搭接導電示意圖 1. 銅排　2. 電解槽　3. 陰極板　4. 陽極板　5. 槽間導電板 4.6 油箱蓋熱鍛模供液方式 由于電解液揮發(fā)的存在，從降低電解液循環(huán)過程中酸霧危害、減少電解液揮發(fā)損失、提高循環(huán)效率、實現(xiàn)清潔生產等方面出發(fā)，進行電解供液方式研究，是企業(yè)的一項必然工作密閉式供液方式的經(jīng)濟性選擇在傳統(tǒng)的供液方式的基礎上進行改進密閉式供液方式，必須考慮經(jīng)濟可行，必須從經(jīng)濟的角度選擇閉的區(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施全密閉改進是經(jīng)濟性選擇。文章針對以下密閉性供液路徑進行討論：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。液體在管道內流動的過程中粘著物在管壁粘著沉積形成結渣或積垢的現(xiàn)象始終存在，結渣或積垢的嚴重程度一方面與液體的性質有關，另一方面與液體在管道內流速相關。一般來說，流速越快，管壁結渣或積垢越慢。選擇適當?shù)墓軓胶土魉偈墙鉀Q管道堵積的另一個途徑。 槽間供液支管與上酸管連接，在進液端設置供液控制閥，在末端設置排污閥，定期進行疏通，槽間砷闖供液支管結構圖如圖1所示。末端供液導管與末端間排污閥間距不宜長，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。 4.7 油箱蓋電解流場的設計 電解加工是陽極(工件)溶解的電化學發(fā)展過程。其加工效果取決于電場、流場、溫度場等方面的綜合影響。過去對電解加工成型規(guī)律的研究，都是在假設流場均勻的前提下，對電場分布規(guī)律所進行的研究。大量科研、生產實踐證明：流場設計是電解加工陰極裝置設計中一項重要內容，它不僅對電場分布有著顯著影響，而且決定電解加工的成敗。廣義的流場設計應包括液流通道設計和加工區(qū)流場設計兩個方面，液流通道設計雖從屬于加工區(qū)流場設計，而它的合理與否對加工區(qū)流場分布也有著重要影響。加工區(qū)流場包括穩(wěn)定區(qū)流場和進出口流場，穩(wěn)定區(qū)流場又包括主流場與輔助流場。而主流場是指加工區(qū)電解液的主要供、排方式，即電解液總的流向。它對加工區(qū)的壓力、流速、流量、流程、溫度和產物均有顯著影響。而輔助流場是指為了保證主流場穩(wěn)定均勻而進行的一些補償電解液的輔助設計。它是為了保證加工區(qū)沿程流速穩(wěn)定均勻，而在不同過水截面上所采取逐段增液或減液的輔助措施。輔助流場的設計從屬于主流場的流向。當主流場的電解液從加工區(qū)小的過水截面流向大的過水截面時。輔助流場為增液流場，以便逐段增加電解液保證沿程流速基本穩(wěn)定。反之亦然。輔助流場電解液的增、減量取決于主流場各過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)陰極進入加工區(qū),使正負極之間產生電解作用,并不斷將電解產物沖刷排除掉,保證加工順利完成。此處流場的設計,是指陰極到加工區(qū)的設計。其設計原則是:電解液順利通過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)。 過去有關供液方法的分類，主要是根據(jù)型面、型腔、端面等加工的情況歸納出來的，據(jù)此將其分為正流法、反流法和側流法。這3種供液方法都屬于單向供液方法，現(xiàn)在看來有其局限性，不夠全面，系統(tǒng)。為了使電解液在加工區(qū)具有良好的流動特性，應根據(jù)工件的類型和形狀特點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用情況，可將供液方法分為5類，除了過去的如圖1一圖3所示以外，本文又提出了另外3類供液方法。分別為：軸向供液類、噴射供液類和組合供液類。 噴射供液是采用特殊噴頭將電解液送入加工區(qū)實施加工。根據(jù)被加工件的結構特點和加工要求，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，為了不使小孔或窄縫復制到工件上噴射孔數(shù)宜多，孔徑宜小，且須交錯排列，孔徑或縫寬應小于加工間隙。 在固定式電解加工中，以往多采用此種方法。即在整個加工過程中，電解液始終從一端向另一端定向流動。見圖8所示。 4.8 工裝總體設計圖 總 結 本文首先簡要介紹了電解加工技術的研究和發(fā)展方向，指出伴隨著制造業(yè)向化發(fā)展，電解加工正逐漸成為主流的加工手段之一，詳細綜述了電解加工技術的原理和發(fā)展方向，并介紹了課題來源和研究的目的及意義,在此基礎上，對電解加工系統(tǒng)進行了分析。 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學陽極溶解的原理將工件加工成型的一種特種加工方法。其材料的減少過程以離子的形式進行,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在微細制造領域有著很大的發(fā)展?jié)摿ΑＬ貏e是對于難切削加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢，在航空、航天推進器以及兵器制造上得到廣泛的應用，成為國防工業(yè)生產中的關鍵制造技術。 參考文獻 1. 沈健,張海巖;鍛模電解加工工具電極的反拷和修正方法[J];電加工與模具;2001年04期 2. 張春,李毅;模具型腔的數(shù)控銑削法電解加工[J];電加工與模具;2004年04期?3. 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F in ishes b lades in one opera tion [ J] .M ach ine ry and Produc tion Eng ineering, 1985 ( 7) : 44-48 致謝 畢業(yè)設計是我們專業(yè)知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。“千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古言的真正含義。我今天認真地進行課程設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。 說實話，畢業(yè)設計真是有點累。然而一著手清理自己的設計結果，仔細回味畢業(yè)設計的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一部，是我人生中的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多。 通過畢業(yè)設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細致。課程設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂；有時應為不小心計算出錯，只能毫不留情地重做。但一想起老師平時多耐心的教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責、一絲不茍的良好習慣。 經(jīng)歷了畢業(yè)設計，使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正的貧乏，自己綜合運用所學專業(yè)知識的能力是如此的不足，幾年來學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里，我真的有點心急了。 由于畢業(yè)時間的倉促，很多本來應該弄懂弄透的地方都沒有時間去細細追究來源，比如網(wǎng)格劃分的控制、坐標系的理解、求解器的選擇等，這使我明白了大學里學的只是一個大體上的方向，離實際應用還有太遠的距離。但我相信方向才是最重要的，因為方向確定了，就會用最少的精力做好事情，這對于我以后的工作至關重要。因為在實際生產生活中，要從事的工種是千差萬別的，只有從中找到自己最拿手，最有發(fā)展前途的崗位，個人才有更多的熱情，也最可能在自己的崗位做出一些貢獻。