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电解加工随动式工装夹具设计

一、选题简介、意义

电解加工是一种电化学加工，是继电火花加工之后发展较快，应用较广的一种特殊加工技术。广泛应用于兵器、航空等工业部门的难切削加工材料的加工。八十年代后，电解加工开始应用于油泵油嘴行业的泵体，喷油器体进油管路二孔交接处、柱塞套、油嘴盛油槽及其压力室喷孔交界处超声波电解的去毛刺加工上。多年来的实践证明：电解加工工艺合理，先进，质量稳定，效率高。

二十一世纪高新产品精度与表面质量要求越来越高，材料更强、更硬、更韧。为解决精密加工的难题，电解加工正发挥独特优势，从一般特种加工向精密特种加工发展。计算机数控技术使电解加工自动控制和工具电极CAD/CAM成为现实；IGBT、IPM等电力电子器件的应用为新型电源开发创造条件；新材料和表面技术的进展，进一步完善电极制造工艺；高新技术为电解加工发展提供了技术基础。新工艺研究取得重要成果；脉冲电流、柔性加工、低浓度复合电解液，电解与电火花、机械、超声及磁力等复合加工工艺，可大幅度提高加工精度。 

应用方面，电解加工正加速从国防工业向民用工业延伸。加工对象由粗加工、半精加工向精密、光整加工方向扩展。新世纪，电解加工将充分利用“离子去除”的优点，扬长避短，注意“绿色掣造”，在微细、超精及纳米制造领域成为关键核心技术。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

1.1 加工工艺

    电解加工工艺包括：加工间隙的计算与控制、电解液与工艺参数的选择、阴极的设计与制造。

加工间隙：阳极与阴极的距离。决定加工精度，是电解加工水平的表征。加工间隙愈小，愈均匀，加工精度愈高。 早期：加工间隙为0.2~0.5mm； 目前：加工间隙为0.05~0.1mm；

间隙的影响因素: 

1.被加工材料的性质。材料不同，体积电化当量不同，同时阳极溶解的电流效率也变化。 

2.电解液的性质。主要是电导率，取决于电解液的组成、浓度、温度、流速。 

3.电极反应的特点。决定加工电压和电流效率。 

4.加工条件。如：加工电压及进给速度。

1.2电解液

    1.作用： 与被加工材料组成进行电化学反应的电化学体系；供给反应物，带走反应产物；带走加工时 产生的大量焦耳热。 

1.如何选择电解液：

(1)能使被加工材料高速阳极溶解； 

(2)具有低分散力； 

(3)能使金属溶解后获得良好的表面质量； 

(4)溶液中不含能在阴极上沉积的离子； 

(5)具有较高的电导率和稳定性； 

(6)安全,无毒,价廉。 

3.常用电解液： 目前在电解加工中应用的电解液主要有三类： 

(1)氯化钠电解液:蚀除速度快，加工表面光滑，适用各种电解加工； 

(2)硝酸钠电解液:散蚀能力小，成形精度高，生产率低，适用于有色金属及精度较高的电解加工； 

(3)氯酸钠电解液:特点居于上述两者之间，生产率高，对设备腐蚀作用很小。但价格昂贵，需注意安全防火。

1.3电解加工的基本设备     

电解加工的基本设备包括直流电源、机床和电解液系统三大部分。

1、直流电源：电解加工中常用的直流电源为硅整流电源及晶闸管整流电源。

2、机床：在电解加工机床上要求安装夹具、工件和阴极工具，实现进给运动，并接通直流电源和电解液系统。它与一般金属机床相比，有其特殊性，其特殊性表现在以下及方面：

     (1)机床的刚性 ；

 (2)进给速度的稳定性 ；

 (3)防腐绝缘； 

 (4)安全措施 。

电解加工机床除了应有形成电解作用的相应装置外，其它结构与一般机床并无不同。由于电解液的存在，机床零件应采用防锈蚀材料，如铜、不锈钢、尼龙、酚醛层压板、石头、水泥等，亦可加防锈材料的覆盖层。由于电解液有一定压力压向加工区，要求主轴系统有较大的刚度，进给系统一般仍用较简单的等速机械系统。如要求有最佳的生产率，则应设计自适应控制系统，在扩孔加工时则不需要进给系统。 

3、电解液系统：电解液系统是电解加工设备中不可缺少的一个组成部分。由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀等组成。

1.4电解加工夹具

    电解夹具的功能在于安装、定位和夹紧工件毛坯，确保毛坯和阴极的相对位置关系，夹具内应形成良好的电解液流道，并将电流引入加工区域。由于电解加工工作在盐溶液（有时甚至是酸性溶液）的环境下，夹具体直接接触腐蚀性溶液，曾受较大的动负荷（主要是电解液流动压力），并导入较大的加工电流和高速流动的电解液。因此在设计时必须着重考虑如何防腐蚀，确保夹具定位精确并能顺利的引入加工电流和输送电解液；同时为了形成封闭的加工区和良好的流道，密封和绝缘也是设计时要充分考虑的问题。

1.5电解加工的应用    

    可用于加工各种复杂型腔、型孔、型面(如叶片)以及深孔和套料等，在大批大量生产中可用来去毛刺。

1、型孔和套料加工型孔和套料加工型孔和套料加工型孔和套料加工：包括各种异型孔（非圆孔）、花键孔、枪炮膛线、内齿、链轮和整体叶轮等的电解加工。     

(1)异型孔：电解加工可一次成型，提高生产效率。     

(2)花键孔：电解加工可节省昂贵的拉刀，并提高光洁度和生产率。进给速度可达到每分钟数十米，加工精度达0.035mm。 

(3)整体叶轮：采用电解加工可将每个叶片以套料方式加工，效率大为提高，工件的加工精度及光洁度也能达到要求。 

    2、型面加工：包括航空发动机叶片、透平机叶片及其他异型面的加工。由于形状复杂、扭角大、材质特殊（如耐热合金、钛合金），采用一般机械加工时，工序多，道具磨损大、效率低。采用电解加工则可一次成型，效率大大提高，进给速度可达0.2~1.0mm/min ,加工精度可达到0.05mm。 叶片电解加工可采用单面加工和双面加工两种方式，其阴极大多用标准叶片反拷制作，为提高加工精度，还可采用混气加工。 

    3、型腔加工：对复杂的型腔进行三维加工，一次成型，是电解加工的成功应用。其中最典型的是煅模加工，如中国长春第一汽车厂和洛阳拖拉机厂约有40~50%的煅模加工采用电解加工工艺，精度达到0.05mm。 

    4、电解法去毛刺及电解倒角：采用一般机械加工工艺加工各种零件时，常产生毛刺，如用钳工去除，耗时费事，但用电解方法容易去除，尤其适用于深孔底部及交叉孔部位的毛刺去除。 

    5、电解刻印：通过工件表面的局部阳极溶解，蚀刻出一定的图形或文字的工艺。     一般采用静止加工，在工具电极（阴极）上先加工制作所需要的图形与文字，置于工件之上，二者间隙仅约为0.05mm，通电后数秒钟，即可使工件表面溶解，蚀刻出所需图形或文字。加工速度快，每小时可印2000件以上，常用于刀具，轴承，量具，医疗器械，餐具和工艺品的加工。

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

（1）针对加工对象特点和电极运动方式，提出工装夹具的设计方案，合理选择夹具材料；

（2）设计工装夹具的基本结构，包括了结构、大小和形状等；

（3）针对电解加工流场特点，设计工装夹具的内部流道，保证电解液的稳定流动，减少电解液的泄漏；

（4）利用绘图软件完成夹具的装配图和主要零件图；

（5）根据夹具特点，设计出夹具基座，该基座具有滑动导轨，便于夹具的安装，同时使得夹具能在其导轨面上滑动，从而配合工具电极的移动。

 

目录

第一章 引言 1

1.1电解加工的原理及其特点 1

1.2 电解加工的加工工艺 2

1.2.1 工艺条件 3

1.2.2  加工间隙 3

1.2.3 电解液 3

1.3 电解加工的发展现状 4

1.3.1 微秒级脉冲电流加工 5

1.3.2 微精加工 5

1 .3.3 数控展成加工 6

1.3.4 阴极设计 7

1.3.5 磁场提高电解加工精度的研究 7

1.4 本设计的意义 8

1.5 本设计的主要内容 8

1.4 本设计的意义 9

1.5 本设计的主要内容 9

第二章 电解加工夹具的组成及选材 10

2.1 夹具视图 10

2.2 夹具的组成及材料的选用 11

2.2.1不锈钢 11

2.2.3 30不锈钢的特点 11

2.2.2 夹具的主要组成部分 11

第三章 夹具的设计 16

3.1夹具设计的原则 16

3.2夹具材料选择 16

3.3夹具结构设计 17

3.3.1工件、工具的夹具结构设计 17

3.3.2 夹具尺寸设计 17

3.3.3 固定夹具的设计 23

第四章 总结与展望 26

参考文献 27

 

总结与展望

本文首先简单的介绍了电解加工技术的研究和发展方向，指出伴随着加工业的发展，电解加工的应用范围将逐渐的扩大，详细阐述了电解加工技术的新技术和新方向，有关电解加工的电化学原理，并着重介绍有关电解加工过程的电化学特性。简述了电解加工工艺的原则和依据，用以保证电解加工的高效性和经济性。

讨论了随动式工装夹具的设计、组成及选材等。随动式工装夹具主要特点是可以更方便的调整工件及工具阴极的位子，更方便的进行实验。

随动式工装夹具的设计已初步完成，并绘制了装配图及零件加工图。

电解加工技术在加工领域有着极大的发展潜力。深入研究电解加工大加工工艺，将电解加工应用于实际工业的应用研究，具有很重要的现实意义。

 

参考文献

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