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1、本科毕业设计(论文)题目：高温合金零件电解加工工装设计系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013年05月高温合金零件电解加工工装设计摘 要电解加工又称电化学加工，是金属工件在电解液中发生阳极溶解的一种加工过程。电解加工对难加工材料可以以柔克刚，对形状复杂的零件可以一次成型，并以表面质量好、生产率高、无工具损耗、无切削应力等优点，在制造业中发挥着重要作用。论文通过对高温合金零件进行分析，设计出一套电解加工工装。电解加工工装包括阴极的设计计算、流场的设计计算以及零件的定位等。阴极的设计采用等间隙分布的原则，在零件原有尺寸上缩小一定的间
2、隙，来设计阴极。根据不同的加工方式可以有不同的加工间隙，这里取加工间隙为0.5mm。对于流场的设计，根据零件的特点采用侧流式加工，在流场设计时还要确定电解液流速和进口压力。另外，流场的设计要均匀，均匀性是指加工面上各处流量充足、均匀，不发生流线相交和其他流场缺陷如空穴现象、分离现象等。另外，工装的设计要保证良好的密封性。通过设计电解加工工装加工高温合金零件比机械切削加工省时省力，与机械切削加工相比电解加工的表面质量好，且加工范围广，没有切削应力。关键词：电解加工;阴极设计;流场；工装High temperature alloy parts electrochemical machining t
3、ooling designAbstractElectrochemical machining is also called electrochemical machining, metal wor-kpiece in the electrolyte is an anodic dissolution process. Electrochemical machining of difficult-to-machine materials can, with parts of complex shape can be a forming, and with good surface quality,
4、 high productivity, tool wear, cutting stress, plays an important role in manufacturing. Paper through the analysis of high temperature alloy parts, design a set of electrochemical machining tools. Electrochemical machining fixtures including the design of the cathode flow field calculation, design
5、calculation and the positioning parts. Cathode design based on the principle of distribution of intermittent, reduced a certain gap on the parts in the original size, to design the cat-hode. According to the different processing methods can have different process- sing clearance, here take machining
6、 gap is 0.5 mm. To the design of the flow field, accor- ding to the characteristics of the parts with side flow processing, even when in the flow field design to determine the electrolyte flow rate and inlet pressure. In addition, the design of the flow field to uniform and adequate flow throughout
7、uniformity refers to processing surface, uniform, not line intersect and other defects, such as cavitation flow field and separation phenomenon, etc. In addition, the tooling design to ensure good sealing. Through electrochemical machining tooling design than mechanical machining time, high temperat
8、ure alloy parts compared with mechanical machining electrolytic machining surface quality is good, and the processing range is wide, no cutting stress.Key Words: Electrochemical machining; The cathode design; The flow field; tooling目 录1 绪论11.1 电解加工的原理11.2 电解加工的特点及分类31.3 电解加工的应用及研究现状51.4本课题主要研究的目的、意义
9、以及重点和难点61.5电解加工的研究方法以及电解加工新技术81.6 电解加工的设备以及工艺发展82 高温合金零件电解加工阴极的设计与计算102.1 电解加工成型规律的研究102.2 电解加工阴极设计的方法102.3 高温合金零件阴极的设计与计算122.4 阴极设计的二维图与三维图153 高温合金零件电解加工的流场设计173.1电解液的流动形式173.2 电解液流速和进口压力的确定183.2.1 电解液流速的确定183.2.2电解液压力的确定203.3 流场均匀性的设计214 高温合金零件电解加工工装的设计以及总体工装夹具234.1电解加工工装的功能及特殊要求234.2高温合金零件阴极的定位与连
10、接244.3高温合金零件电解加工底座的设计244.4 阴极连接杆的设计254.5 电解加工工装的特殊技术要求264.6 电解加工的导流和导电方式264.7 高温合金零件电解加工的总体设计及工作过程275 结论305.1 总结305.2 体会31参考文献32致 谢33毕业设计（论文）知识产权声明34毕业设计（论文）独创性声明35IV1 绪论1 绪论1.1 电解加工的原理电解加工（Electrochemical machining,ECM）作为机械加工的的补充手段走过了半个世纪。电解加工的基本原理是电化学阳极溶解，而这一电化学过程又是建立在电解加工间隙中特定的电场、流场分布的基础上的，故电场理论、
11、流场理论以及电化学阳极溶解理论构成了研究电解加工工艺的三大基础理论。2电解加工以其在难切削材料、复杂形状的零件加工中体现出的特殊优点，较好的适应了军事工业中若干重要关键产品的特殊需要，首先成为军工生产中不可缺少的重要手段和关键技术，在工业发达国家中获得了较好的应用效果，而我国则是世界上应用电解加工最多的国家只一。电解加工又称电化学加工，是金属工件在电解液中发生阳极溶解的一种加工过程。电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理，目的是获得具有一定尺寸精度的零件。电解加工是一种在高压力、高流速条件下进行的电化学过程。电解加工区别于一般电化学加工的关键就在于电解液的高速流动，加工时，工件接电源
12、的正负，工具接电源的负极，按照一般电化学过程，在电解液不流动或流速也很小时，电流也很小，只有当极简距小于0.05mm1.0mm，在高速流动（流速大于5m/s）的电解液中电流才会随间隙的减小显著增加。1电解加工的基本原理是电化学阳极溶解，如图1.1所示。此种加工技术要求被加工的工件必须为导电材料，工具通常为紫铜、黄铜或不锈钢材料。加工时，（a） 加工开始 （b）加工终了1电解加工电源；2工具阴极；3工件阳极；4电解液 图 1.1 电解加工原理简图工件接电源正极，工具接电源负极，电源电压通常为5V20V，加工电流密度为10A/cm2500A/cm2。工具电极向工件低速进给，使阴极和阳极之间保持较小
13、35毕业设计（论文）的加工间隙0.051.0mm，同时，使具有一定压力0.5MP2.5MPa的电解液从间隙中流过，这时阳极工件的金属材料被逐渐溶解，电解产物被高速流动的电解液带走，从而将工件加工成型。1电解加工作为一种加工工艺方法，我们不仅要关心其加工原理，而且在实践上更关心其加工过程中工件尺寸、形状以及被加工表面质量的变化规律。而既能够定性分析、又能够定量计算，可以深刻揭示电解加工工艺规律的基本定律就是法拉第定律。法拉第定律包含以下两项内容：（1）在电极的两项界面处（如金属/溶液界面上）发生电化学反应的物质质量与通过其界面上的电量成正比。此称法拉第第一定律。（2）在电极上溶解或析出一克当量任
14、何物质所需的电量是一样的，与该物质的本性无关。此称法拉第第二定律。根据电极上溶解或析出一克当量物质在两相界面上电子得失量的计算，对任何物质这一特定的电量均视为常数，称为法拉第常数，记为F。F96500（As/mol） 1608.3(Amin/mol)对于电解加工如果阳极只发生确定原子价的金属溶解而没有其他物质析出。则根据法拉第第一定律，阳极溶解的金属质量为M=kQ=klt （1.1）式中 M阳极溶解的金属质量（g）； K单位电量溶解的元素质量，称为元素的质量电化当量（g/As或g/Amin） Q通过两相界面的电量（As或Amin）； I电流强度（A）； t电流通过的时间（s或min）。电解加工的成型过程及相关要求：基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法称为电解加工。其加工系统如图1.2所示，基本够成与电解池相同。但为了能实现尺寸、形状加工，还必须具备下列特定工艺条件：（1）工件阳极和工具阴极（大多为成型工具阴极）间保持很小的间隙（称作加工间隙），一般在0.11mm范围内。（2）电解液从加工间隙中不断高速（630m/s）流过，以保证带走阳极溶解产物和电解电流通过电解液时所产生的热量，并去极化。（3）工件阳极与工
