航空鍛件的熱鍛模及其電解加工工裝設(shè)計【變速叉夾具】【三維UG模型】【含CAD圖紙】
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西安工業(yè)大學北方信息工程學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
題目: 航空鍛件的熱鍛模及其電解加工
工裝設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2013年 12月01日
1 畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況)
1.1 題目背景
電解加工作為正在推廣的新工藝、新技術(shù)，得到了迅速發(fā)展與普及。對于形狀不規(guī)則、加工困難的采用電解加工新工藝，可以縮短生產(chǎn)周期，減少勞動，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，具有較高的經(jīng)濟效益與實用價值。
電解加工幾乎可以加工所有的導電材料，且不受材料的強度、硬度、韌性等機械、物理性能的限制，加工后材料的金相組織基本上不發(fā)生變化。加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制，能以簡單的直線進給運動一次加工出復(fù)雜的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和電流密度成比例地增加。電解加工加工薄壁和易變形零件過程中工具和工件不接觸，不存在機械切削力，不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，沒有飛邊毛刺，可獲得一定的加工精度和較低的表面粗糙度。
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一種特種加工方法。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(chǎn)生電流，從而形成電化學陽極溶解。
通過本課題的設(shè)計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)課專業(yè)課的知識和分析解決工程技術(shù)問題的能力，達到鞏固加深擴大基本理論和技能的目的。同時加強學生的合作團隊精神，以及調(diào)研，查閱文獻，設(shè)計，制造方案的技能。
1.3 國外相關(guān)研究情況
電解加工在國外是五十年代出現(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械性能的限制，工具耗損小等優(yōu)點，所以受到普遍重視。六十年代，在航空發(fā)動機葉片及鍛模加工方面取得了比較顯著的成效，因此，得到比較迅速的發(fā)展。英、美等國為了保持電解加工底部間隙為予定值，多數(shù)的電源均備有“電壓穩(wěn)定裝置”，而提高了加工精度，輸出電壓可保持在士0.5%之間。國外電解加工機末上比較普遍地采用了“火花保護裝置”。在加工過程中，不斷地檢測電流電壓及其變化率，當發(fā)現(xiàn)火花在加工過程中，電解液的溫度不斷升高，電導率也隨著改變，因而影響了加工精度。日本電解加工機床已采用“加工位置(陰極位置)顯示裝置”、“數(shù)學控制深度定位裝置”、“位置記憶裝置”等。歐、美有的機床已采用“數(shù)字控制機慶”、“數(shù)字控制工作臺”、“程序控制自動循環(huán)”等，全自動電解加工。歐洲在汽車工業(yè)中已采用多工位連續(xù)自動加工機床，電解加工及清洗等工作可連續(xù)地在床上自動完成。美國還有多頭、多陰極、多工件及具有回轉(zhuǎn)工作臺的機床等，多用于加工一個工件的幾個工序，或者同時加工幾個工件。并且已有組合式結(jié)構(gòu)—即用標準的電解加工頭組成的專用機床。
1.4 國內(nèi)相關(guān)研究情況
我國電解加工最早在五十年代末、六十年代初首先應(yīng)用于兵器、航空等方面，八十年代后，電解加工開始應(yīng)用與油泵油嘴行業(yè)的泵體，噴油器進油管路二孔交接處，柱塞套，油嘴盛油槽及其壓力室噴孔交界處超聲波電解的去毛刺加工上。多年以來的實踐證明，電解加工工藝合理，先進，質(zhì)量穩(wěn)定，效率高。近年來應(yīng)用范圍有了不斷擴大，機床自動化程度也在迅速提高。同時，在提高精度、陰極設(shè)計等理論研究方面也取得了積極的進展。在設(shè)備方面不及國外，工廠自制設(shè)備較多，一般地說來性能較差。但近年來也出現(xiàn)了一些比較好的設(shè)備。合肥工業(yè)大學研制的D3550型立式電解機床被認為是較好的一種，自動化程度也較高。國內(nèi)電解機床最大加工長度可達6米，加工重量約兩噸，單機電源最大為2萬安培，1萬安培整流電源的應(yīng)用已較普遍。為了提高加工精度，除采用混氣電解加工外，還發(fā)展了小間隙高速進給電解加工（電解間隙值為0.03～0.10毫米）、脈沖電流和振動電解加工，并使用低濃度電解液等，這些都有利于提高加工精度。采用快速切斷（短路保護）裝置和加工參數(shù)適應(yīng)控制系統(tǒng)，可提高機床本身的穩(wěn)定性和自動化程度。掌握電解加工成形規(guī)律和采取反拷陰極法，能縮短陰極設(shè)計和制造周期。
2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方法或措施、研究方案
2.1 本課題研究的主要內(nèi)容
根據(jù)研究對象設(shè)計一套加工該鍛件的熱鍛模的電解加工工裝，包括以下內(nèi)容:
(1) 變速叉熱鍛件的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) 畫出變速叉熱鍛件的熱鍛模電解加工工裝三維圖。
(4) 電解加工的工件裝夾和定位，及導電，供液，非加工面的保護，工件工具間的絕緣問題。
2.2 研究方法和措施
針對本次畢業(yè)設(shè)計可以從陰極，流場和導電方面設(shè)計方案。陰極的設(shè)計，針對加工工件的幾何形狀設(shè)計，在流場方面根據(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(guān)系，可分為三種流動形式，側(cè)流式，正流式，反流式。在導電方面導流結(jié)構(gòu)主要取決于電解液的流動方式，正流式加工的導流段置于陰極本體內(nèi)，反流式要設(shè)計專門的水套，與陰極體共同構(gòu)成進水的導流腔，側(cè)流式的導流段置于夾具體本體或陰極導向裝置中。導電回路有兩種結(jié)構(gòu)，一種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。另一種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。夾具與機床可靠絕緣，防止漏電。
2.3 研究方案
方案一：在陰極設(shè)計方面，針對加工工件的幾何形狀采用兩個預(yù)先成型的陰極雙面同步加工，同步到達終點的控制方案。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(shè)計方面，根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為側(cè)流式。在導電方面設(shè)計，由于流動形式為側(cè)流式可設(shè)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(shè)計方面，針對加工工件的幾何形狀采用兩個預(yù)先成型的陰極雙面同步加工，同步到達終點的控制方案。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(shè)計方面，根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為側(cè)流式。在導電方面設(shè)計，由于流動形式為側(cè)流式可設(shè)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(shè)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度或60度方向進給。在流場設(shè)計方面，根據(jù)加工對象的幾何形狀確定流動形式為側(cè)流式。在導電方面設(shè)計，由于流動形式為側(cè)流式可設(shè)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。
3 本課題研究的重點及難點，前期以開展工作
3.1 本課題的重點
加工間隙是電解加工的核心工藝，決定著加工精度，加工效率，表面質(zhì)量，也是設(shè)計工具陰極，選擇加工參數(shù)的主要依據(jù)。此外，工件加工陰極的設(shè)計和夾具裝置的設(shè)計也是本課題的研究重點。
3.2 本課題的難點
設(shè)計該鍛件熱鍛模的電解加工工裝，及其夾具定。電解加工的陰極設(shè)計要耐腐濁，耐燒傷，并要有良好的導電性和加工性能。電解液的選擇應(yīng)具有高的導電率，粘度低，陰極反應(yīng)不能是電解液中的陽離子在陰極的沉淀，應(yīng)該是氣體的析出，pH值應(yīng)該為中性。
3.3 前期開展的工作
查閱鍛件的熱鍛模，電解加工相關(guān)資料，文獻，并做了讀書筆記，針對設(shè)計課題做出了設(shè)計流程。學習制圖軟件，畫出了鍛件的二維圖如圖3.1所示及三維圖如圖3.2所示。
圖3.1 變速叉的二維圖
圖3.2 變速叉的三維圖
4 進度安排
第1～2周：熟悉課題，完成關(guān)于電解加工文獻綜述。
第3周：確定航空鍛件的熱鍛模設(shè)計及其電解加工工裝方案，繪制其結(jié)構(gòu)草圖，準備開題答辯。
第4～5周：進行航空鍛件的熱鍛模設(shè)計。
第6～7周：電解加工陰極設(shè)計計算。
第8～9周：翻譯外文資料。
第10～11周：進行航空鍛件的熱鍛模電解加工工裝設(shè)計。
第12～13周：包括導電，供電方式和流場設(shè)計，準備中期答辯。
第14～15周：完善整個電解加工工裝設(shè)計。
第16～17周：完成裝配圖（包括三維裝配圖)及零件圖的繪制等工作。
第17～18周：對所有圖紙進行校核，編寫設(shè)計說明書，所以資料提交指導老師。
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
所在系審查意見
系主管領(lǐng)導： 年 月 日
參考文獻
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XX學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
航空鍛件【變速叉】的熱鍛模
及其電解加工工裝設(shè)計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
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形的一種特種加工方法。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(chǎn)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(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)研究對象航空鍛件【變速叉】熱鍛模，設(shè)計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）運用Pro/E、UG等軟件畫出航空鍛件【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(guān)鍵詞：電解加工，航空鍛件【變速叉】鍛模，工裝設(shè)計
29
Abstract
Electrochemical machining is based on the principle of electrochemical anodic dissolution occurs in the electrolyte will be a special processing method for workpiece machining. Processing, workpiece is connected to the positive DC power supply, tool is connected with the negative pole, keep a small gap between the poles. The electrolyte flow from the inter electrode gap, so that the formation of a conductive path between the poles, and generates a current in the power supply voltage, thereby forming an electrochemical anodic dissolution. With continuous feed of the tool relative to the workpiece, the workpiece metal continuous electrolysis, electrolysis products have been washed away the gap between the two poles of electrolyte, ultimately all converge, forming the basic similarity and tool face shape workpiece surface.
According to the research object coupling ring of hot forging die shift fork, electrolytic processing to design a set of processing the shift fork hot forging die, including: ( 1 ) connecting the ECM cathode ring shift fork 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 shift fork 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, shift fork forging die, fixture design
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 6
1.1電解加工原理 6
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.2.1微秒級脈沖電流加工 8
1.2.2微精加工 8
1.2.3 數(shù)控展成加工 9
1.3 課題研究內(nèi)容 11
第2章 電解加工理論分析 12
2.1加工影響分析 12
2.2 電極對流場的影響分析 14
第3章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模設(shè)計及其電解加工陰極設(shè)計計算 16
3.1 陰極材料的選擇 17
3.2 陰極的尺寸設(shè)計 17
第4章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模電解加工工裝設(shè)計 18
4.1 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具定位設(shè)計 18
4.2 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具裝夾設(shè)計 19
4.3 水套設(shè)計 21
4.4 底座設(shè)計 21
4.5 航空鍛件【變速叉】熱鍛模導電方式 21
4.6 航空鍛件【變速叉】熱鍛模供液方式 22
4.7 航空鍛件【變速叉】電解流場的設(shè)計 23
4.7 工裝總體設(shè)計圖 25
總 結(jié) 26
參考文獻 27
致謝 29
第1章 緒論
1.1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(chǔ)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(zhì)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(yīng)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(chǎn)物出現(xiàn)。
在陰極和陽極的電極/溶液界面上發(fā)生主要電化學反應(yīng)過程為：
陽極一側(cè)：
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(cè)：
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(zhì)，則根據(jù)法拉第第一定律，陽極溶解的金屬質(zhì)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(zhì)析出”這一假設(shè)，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(yīng)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(guān)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(guān)系曲線，即η-i曲線。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
電解加工在國外是五十年代出現(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械性能的限制,工具耗損小等優(yōu)點,所以受到普遍重視。六十年代,在航空發(fā)動機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)濟效果，因此,得到比較迅速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，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)用要求也越來越高。九十年代后期起，電解加工研究機構(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）進一步擴展，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)展均達到了一個新的高度。進入新世紀以來，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90年代后期起，電解加工又重新煥發(fā)了生機。其研究機構(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)備性能均達到了一個新的高度。
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脈沖電流加工、微精加工、數(shù)控展成加工、陰極設(shè)計及磁場對電解加工的影響等五大領(lǐng)域。下面分別加以詳述。
1.2.1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(nèi)，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(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關(guān)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(chǔ)工藝研究取得突破性進展。研究表明，此項新技術(shù)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(zhì)量，型腔最高重復(fù)精度可達0.05mm[1,2,3]，最低表面粗糙度可達Ra0.40μｍ[1]，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(yīng)用。
國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)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(chǎn)加工試驗[1，3]，研究成果進一步從工藝角度證實了上述結(jié)論。
1.2.2微精加工
從原理上而言，電化學加工技術(shù)可分為兩類：一類是基于陽極溶解原理的減材技術(shù)，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(shù)，如電鍍、電鑄、刷鍍等。這兩類技術(shù)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(shù)在微細制造領(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(shù)是電化學微細沉積的典型實例，它已經(jīng)在微細制造領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。微細電鑄是LIGA技術(shù)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(yīng)用[5,6]。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(yīng)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[5]。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(jié)合形成的復(fù)合微精工藝已顯示出良好的應(yīng)用景[9~12]。
1.2.3 數(shù)控展成加工
傳統(tǒng)的拷貝式電解加工的陰極設(shè)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(wù)。20世紀80年代初，以簡單形狀電極加工復(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、制造，以陰極相對工件的展成運動來加工出復(fù)雜型面。這種加工方法工具陰極形狀簡單，設(shè)計制造方便，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)烏法航空學院特種加工工藝及設(shè)備研究所以過程控制為突破口，設(shè)計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(zhuǎn)陰極作類似于圓柱狀側(cè)銑刀的成形運動來形成加工表面，成功地應(yīng)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(yīng)用價值。美國、英國、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。
南京航空航天大學從20世紀80年代中期開始進行數(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、加工機理研究、控制軟件編制及工藝試驗等方面均取得了重要進展[7,8,9]。具體研究內(nèi)容包括以下幾方面：
(1)設(shè)備研制：研制了五軸數(shù)控電解加工機床及配套的多軸聯(lián)動數(shù)
控系統(tǒng)。該機床具有三個直線運動坐標軸及二個旋轉(zhuǎn)運動坐標軸，各軸均采用步進電機驅(qū)動。多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)為二級數(shù)控系統(tǒng)，上位機為一臺通用計算機，用于數(shù)據(jù)處理及生成數(shù)控加工程序，下位機為組合在一起的五臺經(jīng)濟型二軸數(shù)控單元及其驅(qū)動單元，用于驅(qū)動機床各軸運動。(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：針對整體葉輪結(jié)構(gòu)，設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)的開槽陰極、型面精加工陰極，并通過工藝試驗對其結(jié)構(gòu)進行不斷改進，現(xiàn)已設(shè)計出了新穎結(jié)構(gòu)的組合式開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程中易產(chǎn)生的陰極短路燒傷問題。
(4)加工軟件開發(fā)：針對整體葉輪的開槽加工及型面精加工，開發(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)控加工的展成運動軌跡計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：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)動電解磨削等。試驗表明，工藝過程穩(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
目前的生產(chǎn)實際中，多采用迭代試驗修正法來制作陰極，這不僅浪費人力物力，而且要求操作者具備豐富的實踐經(jīng)驗和很高的技術(shù)水平，同時也大大延誤了生產(chǎn)周期，增加了制造成本。特別是對于形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件，陰極設(shè)計問題已成為影響電解加工應(yīng)用的一個重要原因。南京航空航天大學研究設(shè)計了陰極設(shè)計CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架以及開發(fā)策略。該系統(tǒng)基于專家系統(tǒng)，結(jié)合專業(yè)技術(shù)人員和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗來優(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]。南京航空航天大學還提出了一種基于正問題數(shù)值求解模擬“試驗修整”進行陰極設(shè)計的方法。該方法將生產(chǎn)實際中制造陰極的過程再現(xiàn)于計算機上。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，通過不斷地將獲得的等位線與理想工件邊界進行比較，將得到的差值映射到陰極端
用來指導陰極的修整，直到工件陽極端的差值小于所允許的值。該設(shè)計方法具有易于處理復(fù)雜邊界、收斂性好、精度高的特點[11]。
合肥工業(yè)大學也提出了應(yīng)用陰極設(shè)計數(shù)據(jù)表來進行陰極設(shè)計的方法，通過合理設(shè)計工藝試驗，獲取了特征部位的加工間隙偏差值，據(jù)此計算出各特征部位對應(yīng)陰
極處的附加修正量。在此基礎(chǔ)上，建立五種陰極設(shè)計數(shù)據(jù)表，為陰極設(shè)計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)計數(shù)據(jù)庫[12]。
磁場提高電解加工精度的研究這項技術(shù)早期研究較多的是磁場對電解磨削、電解拋光的影響。近年來，國內(nèi)開展了電解成型加工疊加磁場的研究。西北工業(yè)大學的研究發(fā)現(xiàn)當加工對象是鈦合金或者是在NaCl電解液中加工45鋼時，磁場可以顯著減少雜散腐蝕，提高加工精度，而在NaNO3電解液中加工45鋼則效果甚微[13]。西安工業(yè)學院進行了磁場影響電場的仿真試驗及在電解加工裝置上疊加磁場的加工工藝試驗。試驗表明，電解加工過程中疊加磁場會改變原有電場分布，進而改變間隙流場的分布，從而有利于解決以往電解加工過程中的雜散腐蝕現(xiàn)象，提高電解加工的質(zhì)量。只有在疊加磁場方向垂直于電場方向且N極指向電場疊加磁場時，對電場均布有較明顯的作用 [14]。此外，采取切割流線的方向疊加磁場，洛侖茲力的作用有利于成股的束流展開；磁場可以減小電解液的粘度，改善其流動性能，有利于及時排走電解產(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控方法、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電解加工精度預(yù)測模型、電解加工中管理系統(tǒng)的開發(fā)等工藝技術(shù)的研究均有所創(chuàng)新或突破。
1.3 課題研究內(nèi)容
根據(jù)研究對象航空鍛件【變速叉】熱鍛模，設(shè)計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）運用Pro/E、UG等軟件畫出航空鍛件【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加工影響分析
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(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行直流電解加工工藝試驗，圖2-3 是加工間隙示意圖（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。
圖2-3 加工窄縫時的加工間隙示意圖
電解加工過程中，當工件的蝕除速度與工具的進給速度相等，兩者達到動態(tài)平衡時，端面間隙為
式中 b D ——底面平衡間隙（mm）
h ——電流效率（取決于工件材料和電解液間匹配）
w ——體積電化學當量[mm /(A h) 3 × ]（取決于工件材料）
k ——電導率（1/W×mm）（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 ——陰極的進給速度（mm/min）
式（2-1）說明底面平衡間隙b D 與電流效率h 、體積電化當量w 、電導率
k 、歐姆壓降R U 成正比，而與進給速度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（mm）
h——進給量
在窄縫電解加工中，隨著加工深度的增加，側(cè)壁腐蝕一直進行。如圖2-3
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
積電化學當量，k 為電導率，U 為電壓， 1 dE 、2 dE 分別為大間隙電極電位差、
小間隙電極電位差。
式（2-5）中，對于NaCl 電解液，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)面間隙為拋物線形，加工深度越大，加工精度越差。而對于NaNO3 電解液，由于側(cè)壁上對應(yīng)_1 處的電流密度小于s D 處的電流密度，對應(yīng)_1 處的1h 也隨之大大減小，1 2 h h ，由式（2-5）知側(cè)壁上的去除速度大大減小，從而加工精度不會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NaNO3 電解液，其電流效率h 隨著電流密度i 的減少而減少。對于群窄縫加工，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 帶來了比常規(guī)加工更小的加工間隙。采用薄片狀電極進行加工時，由于電極厚度通常很薄，表面涂敷均勻絕緣層的難度較大，若群窄縫同時加工時更難實現(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NaCl 電解液和NaNO3 電解液。NaCl 電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 NaNO 電解液的
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，由于鈍化現(xiàn)象會使電流效率h 出現(xiàn)大幅度變化。圖2-4 是NaCl 電解液和NaNO3 電解液的電流效率h 和電流密度i 的關(guān)系曲線。
圖2-4 NaCl 和NaNO3 的h -i 曲線
2.2 電極對流場的影響分析
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(fù)制精度和表面質(zhì)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。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(chǎn)生渦流區(qū)，此渦流區(qū)內(nèi)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(chǎn)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。尾跡的流動是非定常湍流，隨來流雷諾數(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)域長度比繞厚度小的情況大。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(yīng)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。
第3章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模設(shè)計及其電解加工陰極設(shè)計計算
因為微細電解加工對象本身尺寸一般為0.1-1mm，考慮到其相應(yīng)的加工精度，必須采用小間隙加工。微細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。在微細電解加工中，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(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(cè)面間隙大?。﹣黹g接評定加工間隙。電極側(cè)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(cè)面加工間隙；
x0-側(cè)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）
微細電解中側(cè)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(nèi)的參數(shù)b趨近于0，故加工中側(cè)面間隙。
微細電解時加工間隙很小，間隙內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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。
在微細電解中采用有效的工具陰極復(fù)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(fù)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(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的影響。加工間隙內(nèi)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。由于微細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)計來實現(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)微細電解加工的獨特性，設(shè)計一種微細電解加工機床，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
陰極保護技術(shù)是電化學保護技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流，被保護結(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，由于在比較負的電位下工作，往往可以起到陰極保護作用，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)，過電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降低析氫過電位。除用硫酸作為電解液時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。
3.2 陰極的尺寸設(shè)計
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，粗加工過程中，法向間隙較小火花短路較多精加工段的設(shè)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(zhì)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(zhì)量通常拋光圈寬度b 取0.1-0.2 mm。
第4章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模電解加工工裝設(shè)計
4.1 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具定位設(shè)計
定位基準的選擇
1、在定位時，每個工件在夾具中的位置是不確定的，對同一批工件來說，各件的
位置也將是不一致的。工件位置的這種不確定性，可用空間直角坐標軸分為以下6個方面，工件有6個自由度，沿三坐標軸的移動自由度和繞三坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度。?
???末定位前的工件相當于自由剛體，是無法進行加工的，因此，為了使工件在夾具中有一個正確位置，必須對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個支承面上，使工件的6個自由度全部被限制，其中每個支承點相應(yīng)地限制一個自由度。這就是六點定位規(guī)則，又稱“六點定律”。?
6個支承點的分布方式，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，為盤類工件的六點定位。底面為第一定位基準，用3個支承點限制3個自由度；圓周表面為第二個定位基準，用兩個支承點限制兩個自由度；用一個支承點限制一個自由度。這樣工件的位置被完全確定。根據(jù)工件的形狀的不同，以及定位基準的不同，支承點的分布還會有其它形式，但六點定位規(guī)則卻反映了工件定位的共同本質(zhì)。運用六點定位規(guī)則，可以分析和解決任何一種定位方式和定位問題。?
理論上的支承點在實際夾具中都是具體的定位元件。底面3個支承點在實際夾具中就可能是一個平面定位元件，或是3個小平面支承塊；圓周面的兩個支承點，在實際夾具中就可能是一個?V型塊等。因此六點定位規(guī)則來分析和設(shè)計工件的定位時，并不是明顯直觀，必須從定位元件實際上能夠限制幾個自由度來分析來判斷。?
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)計工件的定位方案時，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)確定一個面，限制減震器冒與減震器座的自由度，其次要考慮設(shè)計的方便和節(jié)約材料，又要充分利用工件本身的特點，所以我初步設(shè)計一個圓柱面作為它的定位面，這樣就限制了3個自由度，又圓柱面與工件設(shè)為過量配合，所以限制了兩個自由度，還有一個自由度沒有確定，還可以上下移動，我們在設(shè)計時就要考慮這點，夾具必須要限制一個自由度。?
3、工件以平面定位?
??工件以平面作為定位基準，是生產(chǎn)中常見的定位方式，在分析和設(shè)計定位時，應(yīng)根據(jù)基準平面與定位元件工作表面接觸面積的大小、長短或接觸形式。確定定位元件所相當?shù)闹С悬c數(shù)目及基所限制工件的自由度。當接觸面積較大時，相當于3個支承點，限制工件3個自由度；
4、工件以圓柱孔定位?1）?定位銷?
當工作部分直徑D大于3到10MM時，為增加剛度，避免銷子因撞而折斷，或熱處理時淬裂，通常把根部加工成圓角R。在夾具體上應(yīng)有沉孔，使定位銷圓角部分沉入孔內(nèi)而不影響定位。大批量生產(chǎn)時，為了便于更換定位銷，可設(shè)計配有襯的結(jié)構(gòu)，便于更換。為了便于工件順利安裝，定位銷的頭部應(yīng)有15度倒角。?
定位銷工作部分的直徑，可根據(jù)工件的加工要求和安裝方便，按g5\g6\f6\f7精度等級制造.定位銷可用H7/r6或H7/n6配合壓入夾具體孔內(nèi).定位銷的材料一般選用工具鋼T7,熱處理淬火HRC53~58,或用普通結(jié)構(gòu)鋼20,滲碳淬火,滲碳深0.8~1.2,淬火硬度HRC53~58.定位銷結(jié)構(gòu)已標準公,也可設(shè)計特殊定位銷.?
工件以單個圓柱銷定位時容易歪,一般應(yīng)和其它定位元件結(jié)合定位.?
定位銷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)中常見的一種定位方式,常用于箱體等零件的加工.相應(yīng)定位元件常采用平面支承與定位銷組合.但是應(yīng)該注意,當工件上兩定位孔與銷的配合間隙不大,而中必距誤差較大時,就可使裝卸工件發(fā)生干涉.在這種情況下,就需對?“一面兩孔”定位方式進行必要的驗算.以確定削邊銷的寬度.?
4.2 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具裝夾設(shè)計
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與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過程中移動、振動或變形。????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)計夾緊裝置時，應(yīng)考慮夾緊力的選擇，夾緊機構(gòu)的合理設(shè)計及其傳動方法的確定。關(guān)于夾緊力的選擇應(yīng)包括方向、作用點及大小這三個要素的確定。?
???夾緊裝置選擇合適，不僅可以顯著地縮短輔助時間，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，而且還可以方便工人操作，減輕體力勞動。
2、?夾緊裝置的設(shè)計要求?
設(shè)計夾緊裝置時，必須注意夾緊力對工件加工廠表面所產(chǎn)生的緊態(tài)和松態(tài)問題，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能夠通過加工表面的周圍，使加工表面的材料處在壓緊應(yīng)力之下。?
所謂加工表面的松態(tài)夾緊，是指夾緊力的作用線不通過加工表面的周圍，使加工表面的材料處在自由狀態(tài)之下。
在設(shè)計夾緊裝置時，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，加工過程中不易引起工件的振動，有利于提高表面光潔度，但加工表面的幾何形狀精度將會受到一定的影響，特別是當夾緊處的壁厚較薄時，這種影響就愈顯著。因為此時加工表面受到夾緊力，而且愈靠近夾緊點受力愈大，材料產(chǎn)生彈性變形也愈大。當加工完畢，取下工件后，夾緊力解除，加工表面發(fā)生局部回彈，使幾何形狀精度受到一定的影響，所以對于精加工的表面，如果幾何形狀精度要求較高，就不宜采用“緊態(tài)”夾緊方法?，而應(yīng)另外?選擇?夾緊部位?，使加工表面處于“松態(tài)”之下，以避免夾緊變形。?
但是在某些精加工工序中，如果工件的夾緊部位不能選在另外的地方，仍需使加工表面處于“緊態(tài)”進行加工時，就應(yīng)對夾緊力的在大小進行適當?shù)目刂啤?
“松態(tài)”夾緊方法，一般適用剛度較好的工件，由于工件的夾緊是與工件的精度要求及其在夾具中的定位密切聯(lián)系的，所以夾緊裝置還有著保證工件的加工精度和良好的技術(shù)經(jīng)濟效果的要求。因此，在設(shè)計夾緊裝置時應(yīng)滿足以下一些基本要求：?
1）?注意夾緊的大小，方向和作用點的選擇?
??夾緊力的大小應(yīng)適當，以保證工件夾緊的可靠性，但也不應(yīng)過大，以免壓傷工件或使工件產(chǎn)生不允許的變形。?
??夾緊力的方向與加工和工件重力的方向一致；另外，還應(yīng)注意朝向工件的主要定位面。????夾緊力的作用點與工件的定位情況相適應(yīng)，不應(yīng)破壞工件在定位?時所得的位置；另外還應(yīng)注意，夾緊后應(yīng)使工件的變形和加工中的振動最小。一般來說，夾緊力的作用點盡量靠近工件的加工面，并力求作用在夾具支承面的幾何中心。?
2）?夾緊裝置與生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率的要求相適應(yīng)?
???夾緊裝置設(shè)計得好壞，對生產(chǎn)率影響甚大。設(shè)計時應(yīng)注意操作迅速方便，以縮短輔助時間，并應(yīng)與生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率的要求相適應(yīng)。?
若產(chǎn)量較大，應(yīng)盡量采用機動夾緊裝置。?
在產(chǎn)量不大的成批和小批量生產(chǎn)中，一般多采用手動夾緊裝置?，但在設(shè)計時也應(yīng)盡量采取措施，使夾緊動作迅速方便，以縮短輔助時間。?
3）?結(jié)構(gòu)緊湊簡單，制造維修方便?
4）?使用安全可靠?
5）?盡量減少夾緊時夾具基體所受的彎曲力矩?
?3夾緊力的選擇?
1）?夾緊力方向的選擇?
夾緊力的方向與夾具上定位表面的位置、工件重力方向及作用力方向有關(guān)。夾緊力的方向一般應(yīng)朝著主要定位件上的一個表面，這一表面應(yīng)該是承受負荷最好的表面以防止工件變形，并且這一表面也應(yīng)對于重力與作用力的方向最好重合，使加工所需的夾緊力最小，并使工件安裝正確，夾緊方便。在選擇夾緊力的方向時，一般應(yīng)考慮下列問題：?
a?)夾緊方向與工件加工表面位置精度的關(guān)系?
夾緊力方向應(yīng)垂直于主要定位基準,以保證工件的定位精度?.?
一般來說,工件上被選取作主要定位基準的面積,都是比較大的,以求定位穩(wěn)定可靠.夾緊方向若垂直于工件主要定位基準,這樣既能使工件更好地保持與定位件接觸,又可使夾緊力引起的工件變形最小.?b)夾緊方向與工件變形?
變形會影響加工精度。變形的大小取決于工件?或夾具上支承件的材料，接觸表面的狀態(tài)以及夾緊力的大小等幾個因素。一般兩平面接觸總比兩曲面接觸所引起的變形小些，另外，在夾緊力一定的時候?，接觸面積愈大，單位壓力就愈小，因而變形也愈小。?根據(jù)以上分析，為避免工件的變形，夾緊力的方向最好是：?i)?使承受負荷的表面為定位件上與基準面接觸面積較大的表面?ii)?在工件剛度最大的方向上將工件夾緊.在加工薄壁工件時,工件的變形問題?c)方便工件裝卸?
???以定位方便的觀點出發(fā),主要定位件最合適的位置,應(yīng)當能利用工件本身的重量,將其保持在規(guī)定的位置上。這樣，工人的雙手可以空出來，操縱夾緊件。工件愈重，則定位件位置對于定位方便所起的影響也愈大。為了方便定位，應(yīng)力求使夾緊力的方向與重力的方向相重合——即主要定位面處于水平位置，而且向上。?d)夾緊方向?qū)λ鑺A緊力的大小的影響?
夾緊力方向應(yīng)使所需夾緊力盡可能的小。因為減小工所需夾緊力，就可減輕工人的勞動強度，提高勞動效率，簡化夾緊機構(gòu)，使其輕便緊湊，以及使工件的壓傷和變形減小。?
總上所述，夾緊力的方向選擇可從以下幾個方面考慮：?（1）?為了保證安裝的正確可靠，夾緊方向應(yīng)朝向?qū)ΡＷC工件精度影響最大的定
位面；?
（2）?為減少工件的變形，夾緊方向應(yīng)當垂直于主要定位件上與工件接觸面積較
大的那個表面，并在工件剛度最大的方向上夾緊；?
（3）?為了定位方便，承受重力的定位表面最好是水平向上；?（4）?當夾緊方向與工件重力方向和加工方向都重合時，就可減少所需夾緊力的
大小。?
3、?夾緊力作用點的選擇??
???所謂夾緊力的作用點是指一小塊面積。在實際上，夾緊件與工件接觸處并非一點，而是有一定面積的。?
???選擇夾緊力作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下，確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。它應(yīng)符合下列三項要求：?
1）?夾緊力作用點的選擇應(yīng)不破壞工件在定位時已經(jīng)獲得的位置，要達到這項
要求，夾緊時應(yīng)避免使工件產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)的力矩，以及使工件發(fā)生移動的外力。?
2）?工件在夾緊時的變形應(yīng)該最小。?
要達到這項要求，夾緊力作用點應(yīng)有足夠的數(shù)目和面積，并應(yīng)作用于工件上剛度較大的部分。?
對于一些薄壁零件如果必須夾在剛性較差的部位?而別無他處可壓時，則應(yīng)采取防止變形的措施。可在壓板下面加一厚度較大的錐面墊圈，使夾緊力通過墊圈均勻地作用在薄壁上，防止使工件局部壓陷。?
3）?工件受加工力而產(chǎn)生的變形和振動應(yīng)最小。?
為了減小加工過程中工件因受加工力、離心力、慣性力等所形成的力矩而產(chǎn)生的變形和振動，必要時應(yīng)在工件剛度較差的部位增加輔助支承并施加夾緊力。由于加工表面遠離夾緊處，而且這部分?的剛度較差，應(yīng)施加附加夾緊力，以防止加工時因加工力而引起的變形和振動。
夾緊力作用在具體選擇時還應(yīng)注意以下幾點：?
（1）?夾緊力合力的作用點一般應(yīng)靠近支承表面的幾何中心，也既作用于支撐三角形的中心。這
樣可使夾緊力較均勻地分布在接觸表面上。?
（2）?夾緊力作用點應(yīng)盡可能靠近加工面，使加工力對于夾緊力作用點的力矩變小，這樣可減少
工件的轉(zhuǎn)動趨勢或振動。?
（3）?夾緊力作用點的數(shù)目增多，能使工件夾緊均勻，提高夾緊的可靠性，減少夾緊力的變形。?4夾緊力大小的確定?
為了選擇夾緊機構(gòu)及適當?shù)膫鲃友b置，需要知道所用夾緊力的大小。夾緊力的大小，不僅與加工力大小及工件的重量有關(guān)，也和這些力的方向和作用點有關(guān)。因加工過程中加工力的大小、方向、作用點都可能改變，所以確定?夾緊力的大小有一定的困難。但從夾緊可靠的觀點出發(fā)，可根據(jù)工序的進行情況，確定?加工最不利的瞬時，然后將相當于此時的加工力、重力組成一個作用于工件上的力系與力矩系。使工件在這些力的作用下處于平衡狀態(tài)，這就是確定所需夾緊力大小的原始條件。??在確定夾緊力時，碰到一些困難：?（1）?工件的加工量并非固定不變；?
（2）?工件材料各部分的硬度不一致，特別是在加工表面硬皮時變化更大；?（3）?焊鉗的狀態(tài)及電極冒的修磨程度不一樣?
（4）?電極與工件間斷的接觸或其它原因，在加工時引起的碰撞或振動等現(xiàn)象，而使壓力發(fā)生變
化?
實際夾緊力的大小取決于原始力的大小及中間傳力機構(gòu)。在計算時也會遇到下列的困難：?（1）?與夾緊件相接觸的工件表面的變形，將影響實際夾緊力的大?。?（2）?接觸表面的狀態(tài)變化——光滑的或粗糙的，干燥的與有油的，也會影響實際夾緊力的大小；?（3）?夾緊裝置、定位件與夾具本體的彈性變形，將會影響實際夾緊力大小的變化。?
對于從靜平衡力第圖中求出的理論夾緊力q緊裝置的結(jié)構(gòu)、工件的定位情況、工件的加工情況，以及安全要求等具體條件?，估計最不利的情況，或根據(jù)經(jīng)驗將其增大，由此即可求得所需的實際夾緊力Q.?
?如用公式表示,則可寫與下面的形式:Q=Kq?式中K為具體條件系數(shù),一般可按下式來確定:?
K=K0*K1*K2*K3*K4?
式中K0---基本安全么數(shù)K0=1.5?
?????K1—加工表面光潔度系數(shù),毛面K1=1.2?
??????????????????????????????????????????光面K1=1.0??????K2------焊鉗磨鈍系數(shù)，K2=1。0~1。9?
?????K3-------斷續(xù)加工系數(shù)K3=1。2（斷續(xù)加工時）??????K4-------疲勞系數(shù)，K4=1。3（人力操縱）???????????????????????K4=1。0（動力操縱）?計算夾緊力的摩擦系數(shù)F可采用下列數(shù)據(jù)：?
已加工表面與平面支承板接觸時，F(xiàn)=0。1~~0。16?
毛坯面與球頭支承釘接觸時F=0。2~0。3?
毛坯?面與淬硬的刻紋接觸時，按刻紋情況來定：?帶環(huán)刻紋，F(xiàn)=0。3~0。4?帶十字刻紋F=0。4~0。5?星齒F=0。7~0。8
4.3 水套設(shè)計
電解加工中應(yīng)向加工間隙內(nèi)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(nèi)流場的均勻由于電解液的壓力較高 水套內(nèi)采用全封閉流道并在水套與工件水套與導柱等結(jié)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(shè)計
對底座的設(shè)計的基本要求
（1）應(yīng)該保持精度和穩(wěn)定性
在底座表面重要的面，如安裝接觸位置，安裝表面的刀塊夾緊安裝特定的，足夠的精度，之間的位置精度穩(wěn)定底座，底座應(yīng)該采用鑄造，時效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)具有足夠的強度和剛度
在加工過程中夾具體不允許因夾緊力和切削力等外力變形，夾具應(yīng)有足夠的厚度，適當加固剛度。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯
夾較大的工件的外觀，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，之間的相互位置精度與每個表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過程中，應(yīng)處理的工件，夾具，維修方便。再滿足功能性要求（剛度和強度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單。
（4）應(yīng)便于鐵屑去除
在加工過程中，如果不及時清除，切削熱的積累會破壞夾具定位精度，也會破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個過程中的鐵屑不多，可適當增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對切削過程中產(chǎn)生更多的，一般應(yīng)在底座上面。
（5）安裝應(yīng)牢固、可靠
夾具安裝在所有通過夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當夾安裝在重力的中心，夾具應(yīng)盡可能低，支撐面積應(yīng)足夠大，以安裝精度要高，以確保穩(wěn)定和可靠的安裝。夾具底部通常是中空的，識別特定的文件夾結(jié)構(gòu)，然后繪制夾具布局。圖中所示的夾具裝配。
加工過程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動，夾具的形狀，取決于夾具布局和夾具和連接，在因此夾具必須有足夠的強度和剛度。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點技術(shù)，經(jīng)濟的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點，在設(shè)計中還應(yīng)考慮。在加工過程中的切屑形成的有一部分會落在夾具，切割積累太多會影響工件的定位與夾緊可靠，所以夾具設(shè)計，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便排出鐵屑。
4.5 航空鍛件【變速叉】熱鍛模導電方式
電解陰極鋅的導電方式分以下二種:一種是槽間導電板搭接導電方式,另一種是陰陽極板夾接導電方式。槽間導電板搭接導電方式比陰陽極板夾接導電方式,導電接觸電阻小, 電耗小，電壓降小，接觸面積大,壓力大。
電耗和電能效率是鋅電解重要的技術(shù)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(chǎn)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(nèi)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(guān),而導體接觸電阻又與導電方式密切相關(guān)。導體接觸電阻受許多復(fù)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(guān)系。導體相互接觸的接觸電阻除了與其接觸的壓力有關(guān)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(guān)系,即與導電方式有關(guān)系。
4.6 航空鍛件【變速叉】熱鍛模供液方式
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。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(chǎn)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(chǔ)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。液體在管道內(nèi)流動的過程中粘著物在管壁粘著沉積形成結(jié)渣或積垢的現(xiàn)象始終存在，結(jié)渣或積垢的嚴重程度一方面與液體的性質(zhì)有關(guān)，另一方面與液體在管道內(nèi)流速相關(guān)。一般來說，流速越快，管壁結(jié)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(shè)置供液控制閥，在末端設(shè)置排污閥，定期進行疏通，槽間砷闖供液支管結(jié)構(gòu)圖。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 航空鍛件【變速叉】電解流場的設(shè)計
電解液系統(tǒng)設(shè)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)。它是由電解液(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(chǎn)生電解作用,并不斷將電解產(chǎn)物沖刷排除掉,保證加工順利完成。此處流場的設(shè)計,是指陰極到加工區(qū)的設(shè)計。
大量科研、生產(chǎn)實踐證明：流場設(shè)計是電解加工陰極裝置
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