【文章內容簡介】 加工困難，生產效率較為低下，而且不 易加工不規(guī)則的棱角， 采用常規(guī)加工方法費時費力 ， 工序繁多 ，加工精度不高，純靠操作者的經驗加工，加工出的每個工件在形狀和尺寸 都有所差別，不能滿足高精度的使用要求， 所以 我們 不采用傳統(tǒng) 機械 加工方法 ，選擇 電解加工 這種特種加工方法，力求達到加工準確，形狀相同，尺寸相對的高精準要求。 電解加工對象選定后需要考慮電解加工的方案。我們可以從這幾方面設計， 5 電解液的選擇；進水方式的確定；工件的裝夾以及工具電極的設計。 方案一： 在陰極設計方面，針對加工工件的幾何形狀采用兩個預先成型的陰極雙面同步加工，同步到達終點的控制 方法 。加工過程中工件水平裝夾，陰極平行于絕緣板進給。在流場設計方面，根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為側流式 ，電解液選擇導電能力強 的 NaCl 溶液。 在導電方面設計，由于流動形式為側流式可設導流段置于夾具本體或陰極導向裝置中，導電形式采用引入導線，將其終端的線鼻子直接壓緊到工件及陰極的導電面上的方式。 方案二： 在陰極設計方面，針對加工工件的幾何形狀采用全方位加工方式，該方式使陰極斜向進給，是陰極相對工件軸線成 45 度方向進給。在流場設計方面 ， 根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為側流式 ，電解液選擇腐蝕性高3NaNO 溶液。 在導電方面設計，由于流動形式為側流式可設導流段置于夾具本體或陰極導向裝置中，導電形式采用通過工作臺將電流傳輸?shù)綂A具定位塊上，通過陰極安裝板傳輸?shù)焦ぞ哧帢O上的方式。 方案三： 在陰極設計方面，針對加工工件的幾何形狀采用預先成型的陰極面加工 ， 加工過程中工件 陽極 水平裝夾，陰極平行于絕緣板進給。 直到電解加工完成，由絕緣板阻斷電解加工間隙電流的形成，工件陽極不會發(fā)生溶解，從而停止了電解加工 。在流場設計方面， 電解液選擇導電能力強的 NaCl 溶液，由于加工間隙很小，在電解加工過程中電解產物容易阻斷電流，出現(xiàn)短路現(xiàn)象，所以 根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為 反向供液方式 。在導電方面設計，由于流動形式為側流式可設導流段置于夾具本體或陰極導向裝置中，導電形式采用通過工作臺將電流傳輸?shù)綂A具定位塊上，通過陰極安裝板傳輸?shù)焦ぞ哧帢O上的方式。 綜上確定方案： 在陰極設計方面，在電解加工的過程中 ,由于成形規(guī)律受陰陽兩極之間的電場，流場電極反應動力過程等因素的影響 ,因而其加工并非處處相等，而是依某種規(guī)律呈不均勻分布。因 此生產實踐中常通過多次試驗和反復地手工修正來制造工具陰極。而且隨著計算機技術的應用 ,對電解加工的陰極設計進行數(shù)值仿真 ,采用模擬加工的方式進行陰極設計。本設計采用等間隙的實驗修正法來設計陰極， 加工工件的幾何形狀 借助于 預先成型的陰極面加工 而成， 加工過程中工件 陽極 水平裝夾， 工具 陰極平行于絕緣板 向工件陽極 進給。 直到電解加工完成，由絕緣板阻斷電解加工間隙電流的形成，工件陽極不會發(fā)生溶解，從而停止了電解加工 。在流場設計方面， 由于加工間隙很小，在電解加工過程中電解產很物容易阻斷電流，出現(xiàn)短路現(xiàn)象，所以 根據(jù)加工對象的幾何形 狀確定 具有強導電能力的 NaCl 電解液，供液方式為反向供液，這種供液方式能及時把電解產物帶走，而不會出現(xiàn)空穴，短路現(xiàn)象，還可以保證新鮮電解液充滿電解加工間隙。在導電方面設計，由于 電解液采用反向供液方 式 ， 可設導流段置于 電解加工主軸， 6 電解加工 陰極 通過吊鉤與主軸相連接，一起向工件陽極進給運動。電解加工工裝通過夾具固定在工作臺上， 導電形式采用通過工作 箱 將電流傳輸?shù)綂A具定位塊上，通過 夾具定位塊 傳輸?shù)焦?件陽 極上的方式。 這樣工件陽極與工具陰極都帶有一定電量，由高速流動的電解液導通兩極，如此電解加工系統(tǒng)就可以正常工作，借助成形陰極將工件加工成形，達到我們要求的高精度，高效率，成形好的特點。 7 2 電解加工理論分析 電解液 電解液是化學電池、電解電容等使用的介質，為他們的正常工作提供離子。并保證工作中發(fā)生的化學反應是可逆的。 電解液的作用 電解液是產生電解加工陽極溶解的載體，使得陰極于陽極之間組成電化學反應的體系，實現(xiàn)電化學加工，同時也是電流傳送的媒介。 使得點解產物順利排除，控制極化，使得陽極溶解能夠正常連續(xù)的進行 。 產生的熱量被電解液帶走，工件基本沒有溫升，適合加工熱敏性材料的零件。 電解液的分類 常用的電解液可以分為中性電解液，酸性電解液，堿性電解液三大類，中性電解液的腐蝕性小，使用較為安全，最常用的電解液有 NaCl 3NaClO 3NaNO 三種。酸性電解液加工精度低，腐蝕性強，表面質 量差。中性電解液加工效率高，過程穩(wěn)定，組分及性能基本不變，加工成本相對低，安全。適合大批量生產加工，加工精度高，腐蝕性較弱。堿性電解液氧化性強，危險性高，使用與精加工范疇。 電解液的選擇 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， 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管道堵積的一個有效途徑。 供液方式的選擇 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。據(jù)此將其分為正流法、反流法和側流法如圖 所示的 3 種基本供液方法。 8 圖 供液方式 同一電極當采取不同的進液方式時（正水，反水，側水）加工間隙內的流動狀態(tài)是不同的，即間隙內流速，壓力，導電率，電流密度的分布不一。則加工的結果必然各自存異，到底取哪種進水適合，就應該考慮加工對象 的形狀，特點，工具電極和夾具的結構以及加工的穩(wěn)定性等有關因素。電解加工的實驗和理論表明，取反水或側水的進液方式要比正水來的穩(wěn)定且加工精度高，正水加工時出口處間隙小，含氣量大，流速低，和反水相比底面精度差，易發(fā)生短路，加工穩(wěn)定性不好。進水方式還得根據(jù)工件，電極，夾具的特點總體情況確定。 電解加工的速度 電解加工的速度是衡量電解加工速率的一個重要指標，我們需要根據(jù)實際需要的歐姆電壓降，電流計算，不能一味追求速度，不顧電解加工安全可靠的進行。電解加工速度 由公式 計算得出。 ???? rUV ?a () 公式中： ? 電導率（ */1? mm）， Va 陽極工件金屬被加工法線方向的溶解速度，即電解加工速度 (mm/min)， Ur 歐姆電壓降 (v)， ? 加工間隙（ mm）設電流的效率 ? =100%，查表得知鋼材的體積電化學當量為 ? = mm179。 ,電導率=, 1Ur =152=13v, 12Ur =14 2=12v, 22Ur =15 2=13, 13Ur =13 2=11, 33Ur =15 2=13。 開始的蝕除速度 ： )(1 ?????? ?? ? ? rUVa(mm/min) )(12 ?????? ?? ? ? rUVa(mm/min) )(22 ?????? ?? ? ? rUVa(mm/min) )(31 ?????? ?? ? ? rUVa(mm/min) )(32 ?????? ?? ? ? rUVa(mm/min) 9 解的： 1Va = (mm/min) 2Va = (mm/min)～ () 3Va = (mm/min)～ (mm/min) 電解加工中蝕除速度 Va 與電流效率 η、體積電化學當量 ω、電導率 σ、歐姆電壓 Ur 成正比，而與電極間隙 Δ 成反比，即電極間隙愈小，工件被腐蝕去除的速度將愈大 。 但間隙過小將引起火花放電或者電解產物特別是氫氣排泄不暢，反而降低腐蝕去除速度或易被臟物堵塞而引起短路。當電解液參數(shù)、工件材料、電壓等均保持不變時，即 ηωσUr=C（常數(shù)） 。 電解加工間隙分析 電解加工中大部分的微孔窄縫加工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?。﹣黹g接評定加工間隙。電極側壁的絕緣是必須的，加工間隙如圖 所示。 圖 電解加工間隙示 意圖 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。 電解加工中，加工間隙的控制對加工精度和加工過程的穩(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、大小適中的間隙對電解加工至關重要。在窄縫電解加工中，盡可能采用小的加工間隙進行加工，可以顯著提高加工精度和生產率。研究中采用未絕緣的薄片電極進行直流電解加工工藝試驗， 表 是不同工序的平均間隙范圍， 10 表 是不同電解加工方式的加工間隙范圍。 表 不同工序的平均間隙范圍 工序種類 間隙值 /mm 極限范圍 常用范圍 孔及型腔加工： 小孔（直徑在 8mm 以下） ～ ～ 小型腔（型面長度 3～ 40mm） ～ ～ 大型腔（型面長度 40mm 以上） ～ ～ 葉片型面加工 葉型長度 100mm 以下 ～ ～ 100～ 200mm ～ ～ 200～ 300mm ～ ～ 電解車削 預鉆通孔（直徑在 10mm 以下） ～ 外表面 ～ ～ 電解磨：金屬陰極 ～ ～ 導電磨輪 ～ 電解切削： 盤形陰極（直徑在 100mm 以下） ～ ～ 線電極（厚度在 30mm 以下） ～ ～ 表 不同電解加工方式的加工間隙范圍 加工方式 間隙范圍 /mm 活性電解液 ～ 直流電流惰性電解液非線性加工，混氣加工 ～ 連續(xù)進給 ～ 脈沖電流振動進給 0～ 周期 —循環(huán)多次對刀 0～ 電極對流場的影響 電解加工中，電解液的流場狀況是很重要的，它不但影響到電解加工的復制精度和表面質量，而且還可能由于流場分布不好而引起短路，損壞工具和工件。 11 采用薄片狀電極的電解加工中，電解液的流動屬于鈍物體繞流，有尾跡現(xiàn)象。尾跡現(xiàn)象在鈍物體后產生渦流區(qū)，此渦流區(qū)內的電解液流速慢，類似于死水，得不到迅速的更新，很容易形成離子堆積，濃差極 化嚴重，電解產物也不容易及時排除，造成這一局部區(qū)域電解速度降低，影響加工成型精度，嚴重時甚至引起短路。在窄縫電解加工過程中，加工間隙比常規(guī)電解更小，尾跡渦流長度很容易影響到實際加工過程。在電解液狀態(tài)不變的情況下，通過減小薄片電極的厚度，可以使尾跡渦流區(qū)長度相應地隨之減小，尾跡對加工的影響也隨之減小，加工精度和加工過程穩(wěn)定性都可以得到提高。 12 3 航空鍛件變速叉的熱鍛模設計 繪制鍛件變速叉 根據(jù)設計要求選取變速叉作為研究對象，按尺寸畫出變速叉鍛件圖如圖 ， 所示。 圖 變速叉 鍛件 二維圖