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1、河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书目 录摘要Abstract前 言11 绪 论21.1 电解加工的现状和发展趋势2 1.1.1 电解加工的现状 2 1.1.2电解加工的发展趋势31.2 超声加工技术发展概况和未来展望3 1.2.1 超声加工技术发展概况3 1.2.2 超声加工技术发展趋势和未来展望41.3复合加工简介6 1.3.1超声电解复合加工61.4在线电解修整砂轮技术71.5金属基砂轮在线电解超声复合修锐82 电解系统的设计102.1在线电解修锐磨削（ELID）10 2.1.1 ELID磨削技术的特点10 2.1.2 ELID在线电解修锐原理11 2.1.3 ELID磨削方式12 2
2、.1.4 ELID的精密磨削分析13 2.1.5 ELID磨削镜面的形成机理172.2电解加工基本原理18 2.2.1电解加工的特点192.3电解加工的电极反映过程202.4电解加工的基本工艺过程21 2.4.1电解加工的生产率及影响因素21 2.4.2加工间隙22 2.4.3电解加工的加工精度和表面质量223 超声系统的设计243.1超声加工原理243.2超声波发生器25 3.3超声换能器25 3.3.1超声换能器的分类及特点25 3.3.2晶体的压电效应26 3.3.3压电换能器的工作原理27 3.3.4压电材料及其性能28 3.4超声换能器的设计293.5超声发生器与换能器的匹配324
3、复合装备的设计344.1工具阴极的设计34 4.1.1阴极的流场设计34 4.1.2电解液流速与压力35 4.1.3流场的流域35 4.1.4出液槽尺寸的设计36 4.1.5阴极材料，绝缘和导电等问题37 4.2电解液系统384.3工具阴极的进给系统414.4电解液42 4.4.1电解液的作用，要求及分类42 4.4.2常用电解液及其选用原则424.5金属基砂轮435 对组合机床的相关要求475.1阳极的绝缘475.2机床主体485.3复合机床布局原理图49总 结50致 谢51参 考 文 献52前 言随着科学技术的发展，近年来新兴材料大量涌现和不断被运用到制造业中以满足生产要求，然而这些材料往
4、往是难加工材料，再加上人们对机械零件质量要求越来越高，所以往往会对工件进行磨削已达到使用要求。磨削过程中砂轮的修锐十分繁琐，既增加了工人的劳动强度，也不能保证砂轮修锐的质量，效率较低。ELID在线电解修锐金属基砂轮技术的出现和应用解决了砂轮修锐难的问题。该技术使工作中磨钝的金属基砂轮不用人工拆卸、修锐，而是通过电解使金属基砂轮的金属结合剂被电解，磨料脱离使砂轮表面露出新的磨料并使磨料突出一定高度，时刻保持砂轮锋利，降低了工人的劳动强度且提高了生产效率。因电解修锐砂轮，砂轮表面会形成一层氧化膜即绝缘层，阻止电解的进一步进行，防止砂轮过修锐，从而使砂轮修锐变得可控。但ELID技术也有其缺点，因工具
5、阴极和砂轮的间隙较小，电解液很难充分进入且在间隙内分布不均匀导致砂轮表面修锐不均匀从而影响工件磨削表面的质量，还有电解液不能及时带走电解产物，阻止了电解修锐的效率。近年来通过对超声加工的研究总结其优点本处打算把ELID和超声加工系统复合以解决ELID中的难题。通过复合工具阴极在修锐砂轮时会有一个横向和纵向的振动改善电解液的流场使电解液充分且均匀进入间隙并及时带走电解产物，提高修锐质量，提高加工效率。本设计的主要内容为工具阴极的设计，进给系统的设计，换能器的设计，超声电源和换能器的匹配及电解系统和超声系统的复合。1 绪 论1.1 电解加工的现状和发展趋势1.1.1 电解加工的现状电化学阴极溶解基
6、本定律是法拉第1883年发现的的直到20世纪50年代，以阴极溶解为加工原理的电解加工方法才应用于生产。我国在电解加工技术研究起步较早。1957年左右我国开始加工炮管膛线研究，很快用于生产。此时，在深孔的扩孔及长键槽加工中电解技术的应用也取得显著成效。进入20世纪60年代我国在电解加工技术的研究和应用上有长足进步。电解加工技术被应用于航空发动机叶片型面及锻模型腔制造上，1968年开始混气电解加工技术研究，在气液混合腔设计，混合比确定工艺参数优化等方面取得突破进展。一方面提高了电解加工的复制精度和平整能力，另一方面提高了电解加工的稳定性和加工效率该技术用于拖拉机连杆等大型零件的锻模加工中。与此同时
7、，国外电解加工技术也在迅速发展。20世纪60年代低电解去毛刺技术已广泛应用于汽车制造业。70年代，该技术在军工及航空发动机中得到进一步发展。20世纪80年代，电解加工技术未能取得进展主要原因是传统的电解加工技术的制造精度不高。到90年代，随着相关学科的发展，电解技术有了新发展。在微细化，柔性化呈现许多技术，其应用范围得到拓展。在微细化方面脉冲电源和精密设备的应用，使电解加工精度达到微米级。在自动化和加工控制方面，计算机和数控技术为电解加工拓宽了道路。20世纪90年代，国外开始用脉冲电源代替传统的直流电源，提高了电流密度，减小了加工间隙，提供更多的可调参数，为过程提供便利。国内也进行了此项技术的
8、研究，实验结果表明，使用电解脉冲电源实施电解加工，会产生特殊的物理化学特性，在复制精度、重复精度、被加工工件表面质量、加工效率方面比传统直流电源的电解加工都有显著提高。1.1.2电解加工的发展趋势电解加工过程是一个复杂的非线性时变系统，加工间隙处于电场和流场共同作用下，是时间和空间的变化函数。电解电极与工件间间隙很小，加工中适时测量很困难对于三维空间间隙，至今尚无成熟的间隙采样方法在实际中应用。近些年我国电解技术的发展重点将主要集中在以下三个方面。 电解微精的深入研究。电化学加工具有加工机理独特优势和微精甚至纳米加工领域进一步研究探索的空间，用在对电解加工工艺规律充分认识和完善的基础上不断创新
9、，进一步提升微进给、微控系统的性能和可靠性，完善加工过程自适应控制与自动检测系统，深入进行微加工机理研究，尤其是中高频脉冲电流条件下，微精加工电化学反应系统力学反面的深入研究。 新型脉冲电解电源的研发。微秒级脉冲电源的完善和推广，纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。 实验成果的应用与转化。诸如电解过程的间隙检测与控制，阴极电极的数字化设计与制作，电解加工过程的模拟与仿真等新技术，急需与生产实际结合并应用到生产中。随着科学技术的进一步发展超纯水电解加工，微细电解加工，复合加工成为当前的热点。要想在相关领域有所成就，还需要我们努力的不断探索，综合应用多种学科技术，才有可能取得突破
10、性进展。1.2 超声加工技术发展概况和未来展望1.2.1 超声加工技术发展概况人耳可以听到的声波频率范围是16Hz20kHz通常把频率低于16Hz的声波称为次声波，频率大于20kHz的声波称为超声波，超声波的频率上限是1014Hz。超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中产生磨料的冲击，抛光，液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或在工具或工件上沿一定方向施加超声振动进行加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工有很强的工艺优势，切削力小、切削热低、工件表面质量高、切削易处理、刀具耐用高、加工稳定、生产效率高，能很好的解决难加工材料、非金属材料、表面质量要求高的零
11、件加工问题，作为新兴的特种加工技术受到国内外的学者广泛关注。超声加工一词最早出现在文献上大约为1940年。1927年美国物理学家伍德和卢米斯最早做了超声加工实验。1951年美国的A.S.科恩制成第一台实用超声加工机引起广泛关注。较高研究超声加工技术的国家是日本20世纪50年代初，日本在甲府设立了专门的振动切削研究所，把振动切削理论成功应用于车、刨、铣、钻、镗、铰、拉、磨削、螺纹加工、齿轮加工、抛光研磨、拉伸与挤压的冷热加工领域并取得了很大的经济效益。与此同时还有很多国家也在对超声加工进行研究，如前苏联，德国和英国。我国超声加工技术的研究始于20世纪70年代末，由于当时超声波发生器、换能器、声振
12、系统的不成熟，缺乏合理的组织和持续的研究工作，很快就冷却下来了。60年代末开始了超声振动车削的研究，1973年上海超声波电子仪器厂研制成功CNM-2型超声研磨机。20世纪末本世纪初的十几年，我国的超声加工技术发展迅速，在超声振动系统，深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究。1.2.2 超声加工技术发展趋势和未来展望超声加工技术已经涉及许多领域，在各行各业发挥了突出作用，但有关工艺与设备的相关技术有待进一步的研究开发。超声振动切削技术研制和采用新的刀具材料。在现在产品中难加工材料越来越多，对机械零件加工质量要求越来越高为更好地发挥刀具效能除选用合理的刀具参数外，在
13、振动切削中人们将更多的注意力转移到刀具材料的开发和使用。比如天然金刚石等等。 对振动切削机理的深入研究。对超声振动切削机理的研究很多但由于受理论分析，检测手段等原因的限制对其机理的工艺分析缺乏统一的科学定量描述。今后的研究方向：第一，超声状态下工件上多余金属是如何与工件相分离的；第二，对超声振动切削过程进行力学分析；第三，对超声振动切削工艺过程建立数学模型；第四，对超声振动切削极力的研究向着微观方向突破。设计和发展新型超声振动系统与实用高效的设备装置。超声振动椭圆振动切削的研究与推广。超声铣削加工技术 超声复合加工技术近年来，超声电火花磨料三元复合加工，超声脉冲电解加工，超声脉冲电解复合研磨加
14、工等各种超声复合加工技术都得到了较快的发展且有较好的前景。与多种加工方式结合。采用超声复合加工可对难加工材料进行加工比单一超声加工效果好。向绿色制造发展实现无污染加工。目前，大多数的超声加工由于采用切削液体而给环境造成了污染。人们开始探索对环境污染少甚至无污染的加工。加工机理及加工工艺的深入研究。加工工艺的实用化，近年来很多学者专家通过研究复合加工发现与普通加工有许多优势。旋转超声加工在旋转超声加工中，如何实现工具与超声振动系统间的有效连接平稳传递能量，如何实现机床的高旋转和超声能量的传递与耦合等等综合考虑多种作用机理，将加工中的力与扭矩大小和加工过程的能量分配联系起来等为未来研究所在。超精密
15、加工技术超精密加工技术分为超精密切削，超精密磨削和超精密研磨抛光三类。20世纪5080年代美国率先发展了金刚石超声切削为代表的超精密加工技术用于航空航天，国防等等。徐克伟证明了超声振动切削确实明显提高了薄壁零件的加工精度周亿证实了招生研磨的优势。赵雪松，高洪论述了超声电解复合抛光工件原理及工艺规律。超精密加工技术朝着高精度，高效率，实现以磨代研，以磨代抛等。微细超声加工技术随着以微机械为代表的工业制品的日益小型化及微细化，特别是随着晶体硅，光学玻璃，工程陶瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用。目前，硬脆材料的高精度三维微细加工技术已成为世界的一个重要研究课题，而超声加工技术与其他技术相比具有一定的优势。向新领域拓展超声加工在制造业领域取得了显著效果。现已向生物领域，日常生活等方面拓展并取得成果。综合所述：超声技术的发展为材料的加工提供了有力的手段而材料加工的客观需求推动了超声加工的发展。超声加工技术的发展前景是美好的。
