航空鍛件的熱鍛模及其電解加工工裝設(shè)計(jì)【變速叉夾具】【三維UG模型】【含CAD圖紙】
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XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
航空鍛件【變速叉】的熱鍛模
及其電解加工工裝設(shè)計(jì)
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 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(xué)陽(yáng)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(shí)，工件接直流電源的正極，工具接負(fù)極，兩極之間保持較小的間隙。電解液從極間間隙中流過(guò)，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，并在電源電壓下產(chǎn)生電流，從而形成電化學(xué)陽(yáng)極溶解。隨著工具相對(duì)工件不斷進(jìn)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(duì)象航空鍛件【變速叉】熱鍛模，設(shè)計(jì)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(yùn)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(dǎo)電、供液、流場(chǎng)分布，非加工面的保護(hù)，工件和工具（即正負(fù)極、陰陽(yáng)極）之間的絕緣等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：電解加工，航空鍛件【變速叉】鍛模，工裝設(shè)計(jì)
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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.2.1微秒級(jí)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?jī)?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(duì)流場(chǎng)的影響分析 14
第3章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模設(shè)計(jì)及其電解加工陰極設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1 陰極材料的選擇 17
3.2 陰極的尺寸設(shè)計(jì) 17
第4章 航空鍛件【變速叉】熱鍛模電解加工工裝設(shè)計(jì) 18
4.1 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì) 18
4.2 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具裝夾設(shè)計(jì) 19
4.3 水套設(shè)計(jì) 21
4.4 底座設(shè)計(jì) 21
4.5 航空鍛件【變速叉】熱鍛模導(dǎo)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(chǎng)的設(shè)計(jì) 23
4.7 工裝總體設(shè)計(jì)圖 25
總 結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 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(yáng)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(yáng)極溶解基本定律，即法拉第定律。圖1.1所示為電解過(guò)程示意圖，圖中顯示金屬鐵電解的過(guò)程，它由電解質(zhì)溶液、直流電源、連接電源正極的工件陽(yáng)極、連接電源負(fù)極的工具陰極組成。當(dāng)接通電源后，電解反應(yīng)并未開(kāi)始就發(fā)生，只有當(dāng)電壓升高到臨界值（分解電壓）后，電解過(guò)程才開(kāi)始，在陰極處開(kāi)始有氣泡生成，在陽(yáng)極處開(kāi)始有電解產(chǎn)物出現(xiàn)。
在陰極和陽(yáng)極的電極/溶液界面上發(fā)生主要電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為：
陽(yáng)極一側(cè)：
Fe=Fe2++2e(陽(yáng)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(yáng)極只發(fā)生陽(yáng)極溶解而沒(méi)有析出其它物質(zhì)，則根據(jù)法拉第第一定律，陽(yáng)極溶解的金屬質(zhì)量為:
M=kQ=kIt、
陽(yáng)極溶解的金屬體積為:
V=M/ρ=KIt/ρ=ωIt
從電解加工的試驗(yàn)中可以得出，實(shí)際加工過(guò)程陽(yáng)極金屬的溶解量并不和理論的計(jì)算量相同，通常是理論計(jì)算量會(huì)大于實(shí)際的溶解量，極少數(shù)情況也會(huì)發(fā)生實(shí)際溶解量大于理論計(jì)算量的情況。其原因是在理論計(jì)算時(shí)，采用了“陽(yáng)極只發(fā)生確定原子溶解而沒(méi)有其它物質(zhì)析出”這一假設(shè)，而實(shí)際加工情況是：
1)實(shí)際溶解的原子價(jià)比計(jì)算用的原子價(jià)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(shí)在電解加工過(guò)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(dāng)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(gè)實(shí)際和理論的差別，引入電流效率概念來(lái)表示實(shí)際溶解金屬所耗用的電量和通過(guò)陽(yáng)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(shí)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(jì)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(duì)于電流效率的影響可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得兩者之間的關(guān)系曲線，即η-i曲線。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
電解加工在國(guó)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(jī)械性能的限制,工具耗損小等優(yōu)點(diǎn),所以受到普遍重視。六十年代,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhǎng)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(jì)效果，因此,得到比較迅速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(lái)越高。九十年代后期起，電解加工研究機(jī)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(jìn)一步擴(kuò)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(dá)到了一個(gè)新的高度。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，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(xì)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(jì)90年代后期起，電解加工又重新煥發(fā)了生機(jī)。其研究機(jī)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(kuò)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(dá)到了一個(gè)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(jí)脈沖電流加工、微精加工、數(shù)控展成加工、陰極設(shè)計(jì)及磁場(chǎng)對(duì)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(jí)脈沖電流加工
自20世紀(jì)70年代初起，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本、法國(guó)、波蘭、瑞士、西德等相繼開(kāi)始了對(duì)脈沖電流電解加工的研究。在國(guó)內(nèi)，多家單位相繼開(kāi)展了毫秒級(jí)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(kāi)關(guān)元件如MOSFET、IGBT等出現(xiàn)，使得有可能實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)脈沖電流電解加工。20世紀(jì)90年代以來(lái)，微秒級(jí)脈沖電流電解加工基礎(chǔ)工藝研究取得突破性進(jìn)展。研究表明，此項(xiàng)新技術(shù)可以提高集中蝕除能力，并可實(shí)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(dá)0.05mm[1,2,3]，最低表面粗糙度可達(dá)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(jìn)加工過(guò)程穩(wěn)定并簡(jiǎn)化工藝，有利于電解加工的擴(kuò)大應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)利用微秒級(jí)脈沖電流開(kāi)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(yàn)以及氣門模具生產(chǎn)加工試驗(yàn)[1，3]，研究成果進(jìn)一步從工藝角度證實(shí)了上述結(jié)論。
1.2.2微精加工
從原理上而言，電化學(xué)加工技術(shù)可分為兩類：一類是基于陽(yáng)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(gè)共同點(diǎn)，即材料的去除或增加過(guò)程都是以離子的形式進(jìn)行的。由于金屬離子的尺寸非常微小(10-1nm級(jí))，因此，相對(duì)于其它“微團(tuán)”去除材料方式(如微細(xì)電火花、微細(xì)機(jī)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(xué)加工技術(shù)在微細(xì)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(xì)地控制電流密度和電化學(xué)發(fā)生區(qū)域，就能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微細(xì)溶解或電化學(xué)微細(xì)沉積。微細(xì)電鑄技術(shù)是電化學(xué)微細(xì)沉積的典型實(shí)例，它已經(jīng)在微細(xì)制造領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。微細(xì)電鑄是LIGA技術(shù)一個(gè)重要的、不可替代的組成部分，已經(jīng)涉足納米尺寸的微細(xì)制造中，激光防偽商標(biāo)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(xué)溶解(成型)加工的雜散腐蝕及間隙中電場(chǎng)、流場(chǎng)的多變性嚴(yán)重制約了其加工精度，其加工的微細(xì)程度目前還不能與電化學(xué)沉積的微細(xì)電鑄相比。目前電化學(xué)微精成型加工還處于研究和試驗(yàn)階段，其應(yīng)用還局限于一些特殊的場(chǎng)合，如電子工業(yè)中微小零件的電化學(xué)蝕刻加工(美國(guó)IBM公司)、微米級(jí)淺槽加工(荷蘭飛利浦公司)、微型軸電解拋光(日本東京大學(xué))已取得了很好的加工效果，精度已可達(dá)微米級(jí)[5]。微細(xì)直寫加工、微細(xì)群縫加工及微孔電液束加工，以及電解與超聲、電火花、機(jī)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(jì)制造困難，加工精度難以保證。尤其對(duì)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(jìn)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(jì)80年代初，以簡(jiǎn)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(kāi)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(jì)、制造，以陰極相對(duì)工件的展成運(yùn)動(dòng)來(lái)加工出復(fù)雜型面。這種加工方法工具陰極形狀簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)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(xué)院特種加工工藝及設(shè)備研究所以過(guò)程控制為突破口，設(shè)計(jì)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(dá)0.02mm，表面粗糙度達(dá)Ra0.2～0.6μm。波蘭華沙工業(yè)大學(xué)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(yùn)動(dòng)來(lái)形成加工表面，成功地應(yīng)用于直升機(jī)旋翼座架型面的加工，加工中采用NaNO3電解液，精度可達(dá)±0.01～0.02mm，表面粗糙度達(dá)Ra0.16～0.63μm。波蘭Cracow金屬切削學(xué)院的A.Ruszaj和J.Cekaj教授利用形似球頭銑刀的工具陰極，進(jìn)行了型面光整加工的試驗(yàn)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(jià)值。美國(guó)、英國(guó)、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(dòng)機(jī)及航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制中發(fā)揮了重要作用。美國(guó)GE公司的五軸數(shù)控電解加工，美國(guó)、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(guó)際先進(jìn)水平。
南京航空航天大學(xué)從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始進(jìn)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(jī)理研究、控制軟件編制及工藝試驗(yàn)等方面均取得了重要進(jìn)展[7,8,9]。具體研究?jī)?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(jī)床及配套的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)
控系統(tǒng)。該機(jī)床具有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸及二個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸，各軸均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)為二級(jí)數(shù)控系統(tǒng)，上位機(jī)為一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，用于數(shù)據(jù)處理及生成數(shù)控加工程序，下位機(jī)為組合在一起的五臺(tái)經(jīng)濟(jì)型二軸數(shù)控單元及其驅(qū)動(dòng)單元，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)。(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(jì)：針對(duì)整體葉輪結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制造了不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)槽陰極、型面精加工陰極，并通過(guò)工藝試驗(yàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷改進(jìn)，現(xiàn)已設(shè)計(jì)出了新穎結(jié)構(gòu)的組合式開(kāi)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(guò)程中易產(chǎn)生的陰極短路燒傷問(wèn)題。
(4)加工軟件開(kāi)發(fā)：針對(duì)整體葉輪的開(kāi)槽加工及型面精加工，開(kāi)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(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)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(yàn)：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(dòng)電解磨削等。試驗(yàn)表明，工藝過(guò)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(jì)
目前的生產(chǎn)實(shí)際中，多采用迭代試驗(yàn)修正法來(lái)制作陰極，這不僅浪費(fèi)人力物力，而且要求操作者具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和很高的技術(shù)水平，同時(shí)也大大延誤了生產(chǎn)周期，增加了制造成本。特別是對(duì)于形狀復(fù)雜和精度要求較高的零件，陰極設(shè)計(jì)問(wèn)題已成為影響電解加工應(yīng)用的一個(gè)重要原因。南京航空航天大學(xué)研究設(shè)計(jì)了陰極設(shè)計(jì)CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架以及開(kāi)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(yàn)來(lái)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(xué)還提出了一種基于正問(wèn)題數(shù)值求解模擬“試驗(yàn)修整”進(jìn)行陰極設(shè)計(jì)的方法。該方法將生產(chǎn)實(shí)際中制造陰極的過(guò)程再現(xiàn)于計(jì)算機(jī)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(guò)不斷地將獲得的等位線與理想工件邊界進(jìn)行比較，將得到的差值映射到陰極端
用來(lái)指導(dǎo)陰極的修整，直到工件陽(yáng)極端的差值小于所允許的值。該設(shè)計(jì)方法具有易于處理復(fù)雜邊界、收斂性好、精度高的特點(diǎn)[11]。
合肥工業(yè)大學(xué)也提出了應(yīng)用陰極設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表來(lái)進(jìn)行陰極設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)合理設(shè)計(jì)工藝試驗(yàn)，獲取了特征部位的加工間隙偏差值，據(jù)此計(jì)算出各特征部位對(duì)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(jì)數(shù)據(jù)表，為陰極設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)[12]。
磁場(chǎng)提高電解加工精度的研究這項(xiàng)技術(shù)早期研究較多的是磁場(chǎng)對(duì)電解磨削、電解拋光的影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了電解成型加工疊加磁場(chǎng)的研究。西北工業(yè)大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)加工對(duì)象是鈦合金或者是在NaCl電解液中加工45鋼時(shí)，磁場(chǎng)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(xué)院進(jìn)行了磁場(chǎng)影響電場(chǎng)的仿真試驗(yàn)及在電解加工裝置上疊加磁場(chǎng)的加工工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，電解加工過(guò)程中疊加磁場(chǎng)會(huì)改變?cè)须妶?chǎng)分布，進(jìn)而改變間隙流場(chǎng)的分布，從而有利于解決以往電解加工過(guò)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(chǎng)方向垂直于電場(chǎng)方向且N極指向電場(chǎng)疊加磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)電場(chǎng)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(chǎng)，洛侖茲力的作用有利于成股的束流展開(kāi)；磁場(chǎng)可以減小電解液的粘度，改善其流動(dòng)性能，有利于及時(shí)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(cè)控方法、基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電解加工精度預(yù)測(cè)模型、電解加工中管理系統(tǒng)的開(kāi)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?jī)?nèi)容
根據(jù)研究對(duì)象航空鍛件【變速叉】熱鍛模，設(shè)計(jì)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(yùn)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(dǎo)電、供液、流場(chǎng)分布，非加工面的保護(hù)，工件和工具（即正負(fù)極、陰陽(yáng)極）之間的絕緣等問(wèn)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(duì)加工精度和加工過(guò)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(duì)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(jìn)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(jìn)行直流電解加工工藝試驗(yàn)，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(shí)的加工間隙示意圖
電解加工過(guò)程中，當(dāng)工件的蝕除速度與工具的進(jìn)給速度相等，兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，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(xué)當(dāng)量[mm /(A h) 3 × ]（取決于工件材料）
k ——電導(dǎo)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(jìn)給速度（mm/min）
式（2-1）說(shuō)明底面平衡間隙b D 與電流效率h 、體積電化當(dāng)量w 、電導(dǎo)率
k 、歐姆壓降R U 成正比，而與進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xué)當(dāng)量，k 為電導(dǎo)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(duì)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(duì)于NaNO3 電解液，由于側(cè)壁上對(duì)應(yīng)_1 處的電流密度小于s D 處的電流密度，對(duì)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(huì)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(duì)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(huì)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(lái)了比常規(guī)加工更小的加工間隙。采用薄片狀電極進(jìn)行加工時(shí)，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(shí)加工時(shí)更難實(shí)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(duì)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(yáng)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(shí)，由于鈍化現(xiàn)象會(huì)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(duì)流場(chǎng)的影響分析
電解加工中，電解液的流場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)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(yán)重，電解產(chǎn)物也不容易及時(shí)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(yán)重時(shí)甚至引起短路。尾跡的流動(dòng)是非定常湍流，隨來(lái)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(zhǎng)度比繞厚度小的情況大。在窄縫電解加工過(guò)程中，加工間隙比常規(guī)電解更小，尾跡渦流長(zhǎng)度很容易影響到實(shí)際加工過(guò)程。在電解液狀態(tài)不變的情況下，通過(guò)減小薄片電極的厚度，可以使尾跡渦流區(qū)長(zhǎng)度相應(yīng)地隨之減小，尾跡對(duì)加工的影響也隨之減小，加工精度和加工過(guò)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(jì)及其電解加工陰極設(shè)計(jì)計(jì)算
因?yàn)槲⒓?xì)電解加工對(duì)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(xì)電解的加工間隙一般為0.01-0.1mm之間，遠(yuǎn)小于常規(guī)電解加工間隙的尺寸0.1-1mm。在微細(xì)電解加工中，加工間隙的大小和穩(wěn)定程度是對(duì)加工得以實(shí)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(gè)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(xì)電解加工中大部分的微孔窄縫加工中，由于間隙無(wú)法直接測(cè)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?。﹣?lái)間接評(píng)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(xì)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(xì)電解時(shí)加工間隙很小，間隙內(nèi)電解液的量也很少，如果要實(shí)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(dǎo)率變化，而且排出電解產(chǎn)物比勻速加工困難，其對(duì)穩(wěn)定加工的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勻速加工，所以通常采用低速加工或者非勻速進(jìn)給方式加工，以提高加工穩(wěn)定性，但其平均進(jìn)給速度將顯著低于勻速進(jìn)給電解加工，導(dǎo)致加工效率下降。
在微細(xì)電解中采用有效的工具陰極復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)給方案，可以維持在小間隙下穩(wěn)定進(jìn)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(duì)于單軸電解加工而言，加工對(duì)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(lái)的加工對(duì)象，無(wú)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(chǎng)的影響。加工間隙內(nèi)電解液的更新是否及時(shí)會(huì)直接影響加工流場(chǎng)是否均勻穩(wěn)定。由于微細(xì)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(jì)來(lái)實(shí)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(xì)電解加工的獨(dú)特性，設(shè)計(jì)一種微細(xì)電解加工機(jī)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(hù)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(jiǎn)單，同時(shí)盡可能擴(kuò)展加工對(duì)象的多樣性。
3.1 陰極材料的選擇
陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)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(gè)外加電流，被保護(hù)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(shí)，由于在比較負(fù)的電位下工作，往往可以起到陰極保護(hù)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(guò)電位較高。因此陰極材料的主要改進(jìn)方向是降低析氫過(guò)電位。除用硫酸作為電解液時(shí)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(jì)
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(guò)程中，法向間隙較小火花短路較多精加工段的設(shè)計(jì)，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(guò)程是處于一種過(guò)渡狀態(tài)。最終很難保證各個(gè)齒形的一致。因此，還需要通過(guò)拋光段的加工來(lái)對(duì)全齒進(jìn)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(jì)
4.1 航空鍛件【變速叉】熱鍛模夾具定位設(shè)計(jì)
定位基準(zhǔn)的選擇
1、在定位時(shí)，每個(gè)工件在夾具中的位置是不確定的，對(duì)同一批工件來(lái)說(shuō)，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(biāo)軸分為以下6個(gè)方面，工件有6個(gè)自由度，沿三坐標(biāo)軸的移動(dòng)自由度和繞三坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。?
???末定位前的工件相當(dāng)于自由剛體，是無(wú)法進(jìn)行加工的，因此，為了使工件在夾具中有一個(gè)正確位置，必須對(duì)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(gè)支承面上，使工件的6個(gè)自由度全部被限制，其中每個(gè)支承點(diǎn)相應(yīng)地限制一個(gè)自由度。這就是六點(diǎn)定位規(guī)則，又稱“六點(diǎn)定律”。?
6個(gè)支承點(diǎn)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(diǎn)定位。底面為第一定位基準(zhǔn)，用3個(gè)支承點(diǎn)限制3個(gè)自由度；圓周表面為第二個(gè)定位基準(zhǔn)，用兩個(gè)支承點(diǎn)限制兩個(gè)自由度；用一個(gè)支承點(diǎn)限制一個(gè)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(zhǔn)的不同，支承點(diǎn)的分布還會(huì)有其它形式，但六點(diǎn)定位規(guī)則卻反映了工件定位的共同本質(zhì)。運(yùn)用六點(diǎn)定位規(guī)則，可以分析和解決任何一種定位方式和定位問(wèn)題。?
理論上的支承點(diǎn)在實(shí)際夾具中都是具體的定位元件。底面3個(gè)支承點(diǎn)在實(shí)際夾具中就可能是一個(gè)平面定位元件，或是3個(gè)小平面支承塊；圓周面的兩個(gè)支承點(diǎn)，在實(shí)際夾具中就可能是一個(gè)?V型塊等。因此六點(diǎn)定位規(guī)則來(lái)分析和設(shè)計(jì)工件的定位時(shí)，并不是明顯直觀，必須從定位元件實(shí)際上能夠限制幾個(gè)自由度來(lái)分析來(lái)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(jì)工件的定位方案時(shí)，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(gè)面，限制減震器冒與減震器座的自由度，其次要考慮設(shè)計(jì)的方便和節(jié)約材料，又要充分利用工件本身的特點(diǎn)，所以我初步設(shè)計(jì)一個(gè)圓柱面作為它的定位面，這樣就限制了3個(gè)自由度，又圓柱面與工件設(shè)為過(guò)量配合，所以限制了兩個(gè)自由度，還有一個(gè)自由度沒(méi)有確定，還可以上下移動(dòng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就要考慮這點(diǎn)，夾具必須要限制一個(gè)自由度。?
3、工件以平面定位?
??工件以平面作為定位基準(zhǔn)，是生產(chǎn)中常見(jiàn)的定位方式，在分析和設(shè)計(jì)定位時(shí)，應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)平面與定位元件工作表面接觸面積的大小、長(zhǎng)短或接觸形式。確定定位元件所相當(dāng)?shù)闹С悬c(diǎn)數(shù)目及基所限制工件的自由度。當(dāng)接觸面積較大時(shí)，相當(dāng)于3個(gè)支承點(diǎn)，限制工件3個(gè)自由度；
4、工件以圓柱孔定位?1）?定位銷?
當(dāng)工作部分直徑D大于3到10MM時(shí)，為增加剛度，避免銷子因撞而折斷，或熱處理時(shí)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(shí)，為了便于更換定位銷，可設(shè)計(jì)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)公,也可設(shè)計(jì)特殊定位銷.?
工件以單個(gè)圓柱銷定位時(shí)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(jiàn)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(dāng)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(shí),就可使裝卸工件發(fā)生干涉.在這種情況下,就需對(duì)?“一面兩孔”定位方式進(jìn)行必要的驗(yàn)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(jì)
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(guò)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(zhǔn)與夾具上的定位表面可靠地接觸，防止在加工過(guò)程中移動(dòng)、振動(dòng)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(jì)夾緊裝置時(shí)，應(yīng)考慮夾緊力的選擇，夾緊機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及其傳動(dòng)方法的確定。關(guān)于夾緊力的選擇應(yīng)包括方向、作用點(diǎn)及大小這三個(gè)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(shí)間，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且還可以方便工人操作，減輕體力勞動(dòng)。
2、?夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求?
設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)，必須注意夾緊力對(duì)工件加工廠表面所產(chǎn)生的緊態(tài)和松態(tài)問(wèn)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(guò)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(guò)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(jì)夾緊裝置時(shí)，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(lái)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(guò)程中不易引起工件的振動(dòng)，有利于提高表面光潔度，但加工表面的幾何形狀精度將會(huì)受到一定的影響，特別是當(dāng)夾緊處的壁厚較薄時(shí)，這種影響就愈顯著。因?yàn)榇藭r(shí)加工表面受到夾緊力，而且愈靠近夾緊點(diǎn)受力愈大，材料產(chǎn)生彈性變形也愈大。當(dāng)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(duì)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(jìn)行加工時(shí)，就應(yīng)對(duì)夾緊力的在大小進(jìn)行適當(dāng)?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?shī)A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(jì)效果的要求。因此，在設(shè)計(jì)夾緊裝置時(shí)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(diǎn)的選擇?
??夾緊力的大小應(yīng)適當(dāng)，以保證工件夾緊的可靠性，但也不應(yīng)過(guò)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(diǎn)與工件的定位情況相適應(yīng)，不應(yīng)破壞工件在定位?時(shí)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(dòng)最小。一般來(lái)說(shuō)，夾緊力的作用點(diǎn)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(jì)得好壞，對(duì)生產(chǎn)率影響甚大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意操作迅速方便，以縮短輔助時(shí)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(jī)動(dòng)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(dòng)夾緊裝置?，但在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)盡量采取措施，使夾緊動(dòng)作迅速方便，以縮短輔助時(shí)間。?
3）?結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，制造維修方便?
4）?使用安全可靠?
5）?盡量減少夾緊時(shí)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(gè)表面，這一表面應(yīng)該是承受負(fù)荷最好的表面以防止工件變形，并且這一表面也應(yīng)對(duì)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(shí)，一般應(yīng)考慮下列問(wèn)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(zhǔn),以保證工件的定位精度?.?
一般來(lái)說(shuō),工件上被選取作主要定位基準(zhǔn)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(zhǔn),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(huì)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(gè)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(shí)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(fù)荷的表面為定位件上與基準(zhǔn)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(shí),工件的變形問(wèn)題?c)方便工件裝卸?
???以定位方便的觀點(diǎn)出發(fā),主要定位件最合適的位置,應(yīng)當(dāng)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(lái)，操縱夾緊件。工件愈重，則定位件位置對(duì)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?yàn)闇p小工所需夾緊力，就可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，簡(jiǎn)化夾緊機(jī)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(gè)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(dāng)垂直于主要定位件上與工件接觸面積較
大的那個(gè)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(dāng)夾緊方向與工件重力方向和加工方向都重合時(shí)，就可減少所需夾緊力的
大小。?
3、?夾緊力作用點(diǎn)的選擇??
???所謂夾緊力的作用點(diǎn)是指一小塊面積。在實(shí)際上，夾緊件與工件接觸處并非一點(diǎn)，而是有一定面積的。?
???選擇夾緊力作用點(diǎn)的問(wèn)題是指在夾緊方向已定的情況下，確定夾緊力作用點(diǎn)的位置和數(shù)目。它應(yīng)符合下列三項(xiàng)要求：?
1）?夾緊力作用點(diǎn)的選擇應(yīng)不破壞工件在定位時(shí)已經(jīng)獲得的位置，要達(dá)到這項(xiàng)
要求，夾緊時(shí)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(dòng)的外力。?
2）?工件在夾緊時(shí)的變形應(yīng)該最小。?
要達(dá)到這項(xiàng)要求，夾緊力作用點(diǎn)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(duì)于一些薄壁零件如果必須夾在剛性較差的部位?而別無(wú)他處可壓時(shí)，則應(yīng)采取防止變形的措施?？稍趬喊逑旅婕右缓穸容^大的錐面墊圈，使夾緊力通過(guò)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(dòng)應(yīng)最小。?
為了減小加工過(guò)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(dòng)，必要時(shí)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(yuǎn)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(shí)因加工力而引起的變形和振動(dòng)。
夾緊力作用在具體選擇時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：?
（1）?夾緊力合力的作用點(diǎn)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(diǎn)應(yīng)盡可能靠近加工面，使加工力對(duì)于夾緊力作用點(diǎn)的力矩變小，這樣可減少
工件的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)或振動(dòng)。?
（3）?夾緊力作用點(diǎn)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(jī)構(gòu)及適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)裝置，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(diǎn)有關(guān)。因加工過(guò)程中加工力的大小、方向、作用點(diǎn)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(diǎn)出發(fā)，可根據(jù)工序的進(jìn)行情況，確定?加工最不利的瞬時(shí)，然后將相當(dāng)于此時(shí)的加工力、重力組成一個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)引起的碰撞或振動(dòng)等現(xiàn)象，而使壓力發(fā)生變
化?
實(shí)際夾緊力的大小取決于原始力的大小及中間傳力機(jī)構(gòu)。在計(jì)算時(shí)也會(huì)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(shí)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(huì)影響實(shí)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(huì)影響實(shí)際夾緊力大小的變化。?
對(duì)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(jì)最不利的情況，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將其增大，由此即可求得所需的實(shí)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(lái)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(shí)）??????K4-------疲勞系數(shù)，K4=1。3（人力操縱）???????????????????????K4=1。0（動(dòng)力操縱）?計(jì)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(shí)，F(xiàn)=0。1~~0。16?
毛坯面與球頭支承釘接觸時(shí)F=0。2~0。3?
毛坯?面與淬硬的刻紋接觸時(shí)，按刻紋情況來(lái)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(jì)
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(duì)電解液加以引導(dǎo)和密封并保證加工間隙內(nèi)流場(chǎng)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(dǎo)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(jì)
對(duì)底座的設(shè)計(jì)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(shí)效處理，退火等處理方式。
（2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
在加工過(guò)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(dāng)加固剛度。
（3）結(jié)構(gòu)的方法和使用應(yīng)該不錯(cuò)
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(gè)表面的要求高，所以應(yīng)特別注意結(jié)構(gòu)的過(guò)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(qiáng)度）前提下，應(yīng)能減小體積減輕重量，結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單。
（4）應(yīng)便于鐵屑去除
在加工過(guò)程中，如果不及時(shí)清除，切削熱的積累會(huì)破壞夾具定位精度，也會(huì)破壞的定位精度，甚至發(fā)生事故。因此，在這個(gè)過(guò)程中的鐵屑不多，可適當(dāng)增加定位裝置和夾緊表面之間的距離增加的鐵屑空間：對(duì)切削過(guò)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(guò)夾安裝表面和相應(yīng)的表面接觸或?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)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(shí)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(guò)程中，夾具必承受大的夾緊力切削力，產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，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(qiáng)度和剛度。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)便于鐵屑。此外，夾點(diǎn)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)的具體結(jié)構(gòu)和操作、安裝方便等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮。在加工過(guò)程中的切屑形成的有一部分會(huì)落在夾具，切割積累太多會(huì)影響工件的定位與夾緊可靠，所以?shī)A具設(shè)計(jì)，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(dǎo)電方式
電解陰極鋅的導(dǎo)電方式分以下二種:一種是槽間導(dǎo)電板搭接導(dǎo)電方式,另一種是陰陽(yáng)極板夾接導(dǎo)電方式。槽間導(dǎo)電板搭接導(dǎo)電方式比陰陽(yáng)極板夾接導(dǎo)電方式,導(dǎo)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(biāo),噸鋅直流電耗W 用下式計(jì)算:
W = 實(shí)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(dāng)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(gè)電解槽內(nèi)陰陽(yáng)極之間的電壓降。它由硫酸鋅的分解電壓,陰陽(yáng)極間電解液的電壓降,陽(yáng)極、陰極、導(dǎo)電板、導(dǎo)電頭、導(dǎo)電片、導(dǎo)電桿、陽(yáng)極泥、接觸點(diǎn)等電路中的電阻電壓降所組成。接觸點(diǎn)的電壓降與導(dǎo)體接觸電阻有關(guān),而導(dǎo)體接觸電阻又與導(dǎo)電方式密切相關(guān)。導(dǎo)體接觸電阻受許多復(fù)雜因素影響,見(jiàn)(2)R =ε/ F·n (2)式中:R 為導(dǎo)體接觸處的接觸電阻(Ω) ;ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)(Ω·P) ;F 為接觸處的壓力( P) ; n 為指數(shù),單接觸點(diǎn)為015 ,多接觸點(diǎn)近似為1 。導(dǎo)體接觸電阻與接觸點(diǎn)的壓力成反比關(guān)系。導(dǎo)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(dǎo)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(duì)以下密閉性供液路徑進(jìn)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(dǎo)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(guò)程中酸霧危害、減少電解液揮發(fā)損失、提高循環(huán)效率、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)等方面出發(fā)，進(jìn)行電解供液方式研究，是企業(yè)的一項(xiàng)必然工作。密閉式供液方式的經(jīng)濟(jì)性選擇在傳統(tǒng)的供液方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)密閉式供液方式，必須考慮經(jīng)濟(jì)可行，必須從經(jīng)濟(jì)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(shí)施全密閉改進(jìn)是經(jīng)濟(jì)性選擇。液體在管道內(nèi)流動(dòng)的過(guò)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(yán)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(lái)說(shuō)，流速越快，管壁結(jié)渣或積垢越慢。選擇適當(dāng)?shù)墓軓胶土魉偈墙鉀Q管道堵積的另一個(gè)途徑。
槽間供液支管與上酸管連接，在進(jìn)液端設(shè)置供液控制閥，在末端設(shè)置排污閥，定期進(jìn)行疏通，槽間砷闖供液支管結(jié)構(gòu)圖。末端供液導(dǎo)管與末端間排污閥間距不宜長(zhǎng)，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(chǎng)的設(shè)計(jì)
電解液系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是:電解液順利通過(guò)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(jìn)入加工區(qū),使正負(fù)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(chǎng)的設(shè)計(jì),是指陰極到加工區(qū)的設(shè)計(jì)。
大量科研、生產(chǎn)實(shí)踐證明：流場(chǎng)設(shè)計(jì)是電解加工陰極裝置
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