買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 航空鍛件【變速叉】的熱鍛模 及其電解加工工裝設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 導(dǎo) 師 年 月 日 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 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形的一種特種加工方法。加工時(shí)，工件接直流電源的正極，工具接負(fù)極，兩極之間保持較小的間隙。電解液從極間間隙中流過(guò)，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，并在電源電壓下產(chǎn)生電流，從而形成電化學(xué)陽(yáng)極溶解。隨著工具相對(duì)工件不斷進(jìn)給，工件金屬不斷被電解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，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。 根據(jù)研究對(duì)象 航空鍛件【變速叉】 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） 航空鍛件【變速叉】 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 、 出 航空鍛件【變速叉】 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 ， 航空鍛件【變速叉】 鍛模 ， 工裝設(shè)計(jì)買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 is on of in be a is to C is a so of a a in an of to of to of to a of ( 1 ) CM ( 2 ) of ( 3 ) , UG to a of D 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . . 錄 . 1 章 緒論 . 9 解加工原理 . 9 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 10 秒級(jí)脈沖電流加工 . 10 精加工 . 11 控展成加工 . 12 題研究?jī)?nèi)容 . 14 第 2 章 電 解加工理論分析 . 14 工影響分析 . 14 極對(duì)流場(chǎng)的影響分析 . 17 第 3 章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模設(shè)計(jì)及其電解加工陰極設(shè)計(jì)計(jì)算 . 18 極材料的選擇 . 19 極的尺寸設(shè)計(jì) . 19 第 4 章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模電解加工工裝設(shè)計(jì) . 20 空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì) . 20 空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具裝夾設(shè)計(jì) . 22 套設(shè)計(jì) . 27 座設(shè)計(jì) . 27 空鍛件【變速叉】熱鍛模導(dǎo)電方式 . 28 空鍛件【變速叉】熱鍛模供液方式 . 29 空鍛件【變速叉】電解流場(chǎng)的設(shè)計(jì) . 29 裝總體設(shè)計(jì)圖 . 31 總 結(jié) . 32 參考文獻(xiàn) . 33 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 V 致謝 . 35 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 第 1 章 緒論 解加工原理 電解加工（ ，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 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)。 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)： 2e(陽(yáng)極溶解 ) 22=H)2 (淡綠色絮狀物 ) 4H)2+22=4H)3 (紅棕色絮狀物 ) 陰極一側(cè)： 2H+2e=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 : M=kQ= 陽(yáng)極溶解的金屬體積為 : V=M/ = = 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)買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 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(xiàn)，即 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、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。 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 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 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 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) 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) ,2,3，最低表面粗糙度可達(dá) 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。 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 )，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)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 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) 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 912。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 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) 面粗糙度達(dá) 。波蘭華沙工業(yè)大學(xué)的 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 解液，精度可達(dá) 。波蘭 屬切削學(xué)院的 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 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) 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(xiàn)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、型面精加工陰買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 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) 系統(tǒng)基于專(zhuān)家系統(tǒng)，結(jié)合專(zhuān)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(xiàn)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 解液中加工 45 鋼時(shí)，磁場(chǎng)可以顯著減少雜散腐買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 蝕，提高加工精度，而在 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(xiàn)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 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。 題研究?jī)?nèi)容 根據(jù)研究對(duì)象 航空鍛件【變速叉】 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） 航空鍛件【變速叉】 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 、 軟件 畫(huà)出 航空鍛件【變速叉】 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。 第 2 章 電 解加工理論分析 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。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 圖 2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（ 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 (A h) 3 （取決于工件材料） k 電導(dǎo)率（ 1/W 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 ) u 陰極的進(jìn)給速度（ mm/ 式（ 2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（ 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文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 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 2 別為大間隙電 極電位差、 小間隙電極電位差。 式（ 2，對(duì)于 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(xiàn)形，加工深度越大，加工精度越差。而對(duì)于 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 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 解液和 解液。 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 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)，由于鈍買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 化現(xiàn)象會(huì)使電流效率 h 出現(xiàn)大幅度變化。圖 2 解液和 解液的電流效率 h 和電流密度 i 的關(guān)系曲線(xiàn)。 圖 2 線(xiàn) 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。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 第 3 章 航空鍛件【變速叉】 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 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 間，遠(yuǎn)小于常規(guī)電解加工間隙的尺寸 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示。 220 22 （ 2 微細(xì)電解中側(cè)壁絕緣的工具電極一般不保留圖 2所示的寬度為 b 的工作帶，即式（ 2的參數(shù) b 趨 近于 0，故加工中側(cè)面間隙 。 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 s b 絕緣層 工具電極 工件 b 圖 2解加工間隙示意圖 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 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。 極材料的選擇 陰極保護(hù) 技術(shù)是 電化學(xué) 保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得 金屬腐蝕 發(fā)生的電子遷移得到抑制 ，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。陰極 以金屬或合金作為陰極時(shí)，由于在比較負(fù)的電位下工作，往往可以起到 陰極保護(hù) 作用，腐蝕性小，所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液 電解槽中，陰極一般產(chǎn)生析氫反應(yīng)，過(guò)電位較高。因此陰極材料的主要改進(jìn)方向是降低析氫過(guò)電位。除用硫酸作為 電解液 時(shí)必須采用鉛或 石墨 作陰極外， 低碳鋼 是常用的陰極材料。為降低電耗，目前采用各種方法制備高 比表面積 ，并具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。 極的尺寸設(shè)計(jì) 陰極 是根據(jù) 電解槽 的槽型確定的，尺寸多種多樣 。 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(mǎn)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 ， 還需買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 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 第 4 章 航空鍛件【變速叉】 熱鍛模電解加工工裝設(shè)計(jì) 空鍛件【變速叉】 熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì) 定位基準(zhǔn)的選擇 1、在定位時(shí)，每個(gè)工件在夾具中的位置是不確定的，對(duì)同一批工件來(lái)說(shuō)，各件的 位置也將是不一致的。工件位置的這種不確定性，可用空間直角坐標(biāo)軸分為以下 6個(gè)方面，工件有 6 個(gè)自由度，沿三坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由度和繞三坐標(biāo) 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。 末定位前的工件相當(dāng)于自由剛體，是無(wú)法進(jìn)行加工的，因此，為了使工件在夾具中有一個(gè)正確位置，必須對(duì)影響工件加工表面位置精度的自由度加以限制。 要使工件在夾具中的位置完全確定，其充分必要條件是將工件靠置在按一定要求布置的 6 個(gè)支承面上，使工件的 6 個(gè)自由度全部被限制，其中每個(gè)支承點(diǎn)相應(yīng)地限制一個(gè)自由度。這就是六點(diǎn)定位規(guī)則，又稱(chēng)“六點(diǎn)定律”。 6 個(gè)支承點(diǎn)的分布方式，與工件的形狀有關(guān)。 前減震器是由前減震器冒和前減震器座構(gòu)成，為盤(pán)類(lèi)工件的六點(diǎn)定位。底面為第一定位基準(zhǔn)，用 3 個(gè)支承點(diǎn)限制 3 個(gè)自 由度；圓周表面為第二個(gè)定位基準(zhǔn)，用兩個(gè)支承點(diǎn)限制兩個(gè)自由度；用一個(gè)支承點(diǎn)限制一個(gè)自由度。這樣工件的位置被完全確定。根據(jù)工件的形狀的不同，以及定位基準(zhǔn)的不同，支承點(diǎn)的分布還會(huì)有其它形式，但六點(diǎn)定位規(guī)則卻反映了工件定位的共同本質(zhì)。運(yùn)用六點(diǎn)定位規(guī)則，可以分析和解決任何一種定位方式和定位問(wèn)題。 理論上的支承點(diǎn)在實(shí)際夾具中都是具體的定位元件。底面 3 個(gè)支承點(diǎn)在實(shí)際夾具中就可能是一個(gè)平面定位元件，或是 3 個(gè)小平面支承塊；圓周面的兩個(gè)支承點(diǎn)，在實(shí)際夾具中就 可能是一個(gè) V 型塊等。因此六點(diǎn)定位規(guī)則來(lái)分析和設(shè)計(jì)工件的定位時(shí)，并不 是明顯直觀，必須從定位元件實(shí)際上能夠限制幾個(gè)自由度來(lái)分析來(lái)判斷。 2、限制工件的自由度與加工要求有關(guān) 工件在夾具中定位，并非所有情況都必須完全定位，設(shè)計(jì)工件的定位方案時(shí)，應(yīng)首先分析必須限制哪些自由度，然后在夾具中配置相應(yīng)的定位元件。工件所需限制的自由買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 度，主要取決于本工序的加工要求。在這里我們要加工的是減震器冒與減震器座焊接在一起，首先應(yīng)確定一個(gè)面，限制減震器冒與減震器座的自由度，其次要考慮設(shè)計(jì)的方便和節(jié)約材料，又要充分利用工件本身的特點(diǎn)，所以我初步設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱面作為它的定位面，這樣就限制了 3 個(gè)自由度，又 圓柱面與工件設(shè)為過(guò)量配合，所以限制了兩個(gè)自由度，還有一個(gè)自由度沒(méi)有確定，還可以上下移動(dòng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就要考慮這點(diǎn)，夾具必須要限制一個(gè)自由度。 3、工件以平面定位 工件以平面作為定位基準(zhǔn)，是生產(chǎn)中常見(jiàn)的定位方式，在分析和設(shè)計(jì)定位時(shí)，應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)平面與定位元件工作表面接觸面積的大小、長(zhǎng)短或接觸形式。確定定位元件所相當(dāng)?shù)闹С悬c(diǎn)數(shù)目及基所限制工件的自由度。當(dāng)接觸面積較大時(shí)，相當(dāng)于 3 個(gè)支承點(diǎn)，限制工件 3 個(gè)自由度； 4、工件以圓柱孔定位 1） 定位銷(xiāo) 當(dāng)工作部分直徑 D 大于 3 到 10，為增加剛度，避免銷(xiāo)子因撞 而折斷，或熱處理時(shí)淬裂，通常把根部加工成圓角 R。在夾具體上應(yīng)有沉孔，使定位銷(xiāo)圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位。大批量生產(chǎn)時(shí)，為了便于更換定位銷(xiāo)，可設(shè)計(jì)配有襯的結(jié)構(gòu)，便于更換。為了便于工件順利安裝，定位銷(xiāo)的頭部應(yīng)有 15 度倒角。 定位銷(xiāo)工作部分的直徑，可根據(jù)工件的加工要求和安裝方便，按 g5g6f6度等級(jí)制造 7/ H7/合壓入夾具體孔內(nèi) 處理淬火 8,或用普通結(jié)構(gòu)鋼 20,滲碳淬火 ,滲碳深 火硬度構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)公 ,也可設(shè)計(jì)特殊定位銷(xiāo) . 工件以單個(gè)圓柱銷(xiāo)定位時(shí)容易歪 ,一般應(yīng)和其它定位元件結(jié)合定位 . 定位銷(xiāo)在夾具中常與其它定位元件組合成定位系統(tǒng) . “一面兩孔”組合定位 ,就是生產(chǎn)中常見(jiàn)的一種定位方式 ,常用于箱體等零件的加工 但是應(yīng)該注意 ,當(dāng)工件上兩定位孔與銷(xiāo)的配合間隙不大 ,而中必距誤差較大時(shí) ,就可使裝卸工件發(fā)生干涉 就需對(duì) “一面兩孔”定位方式進(jìn)行必要的驗(yàn)算 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 空鍛件【變速叉】 熱鍛模夾具 裝夾 設(shè)計(jì) 1、 工件夾緊原理 為使工件在定位件上所占有的規(guī)定位置在加工過(guò)程中保持不變，就要用夾緊裝置將工件夾緊。才能保證工件的定位基準(zhǔn) 與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)或變形。 由于工件的夾緊裝置是和定位緊密聯(lián)系的，因此，夾緊方法的選擇應(yīng)與定位方法的選擇一起考慮。 在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)考慮夾緊力的選擇，夾緊機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)方法的確定。關(guān)于夾緊力的選擇應(yīng)包括方向、作用點(diǎn)及大小這三個(gè)要素的確定。 夾緊裝置選擇合適，不僅可以顯著地縮短輔助時(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且還可以方便工人操作，減輕體力勞動(dòng)。 2、 夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，必須注意夾緊力對(duì)工件加工廠表面所產(chǎn)生的緊 態(tài)和松態(tài)問(wèn)題，以保證工件加工表面的精度和光潔度。 所謂加工廠表面的緊態(tài)夾緊，是指夾緊力的作用線(xiàn)能夠通過(guò)加工表面的周?chē)?，使加工表面的材料處在壓緊應(yīng)力之下。 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 所謂加工表面的松態(tài)夾緊，是指夾緊力的作用線(xiàn)不通過(guò)加工表面的周?chē)?，使加工表面的材料處在自由狀態(tài)之下。 在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)工件的形狀、材料、加工表面的位置、定位情況及加工表面的精度和光潔度要求，來(lái)確定采取“緊態(tài)”或“松態(tài)”的夾緊方法。 采用“緊態(tài)”夾緊方法可以使加工表面比較穩(wěn)固，加工過(guò)程中不易引起工件的振動(dòng)，有利于提高表面光潔