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      階梯孔數(shù)控電解鏜孔加工的陰極設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

      2019-07-11 11:17:02干為民何亞峰李文靜王祥志
      中國(guó)機(jī)械工程 2019年12期
      關(guān)鍵詞:鏜孔階梯電解液

      徐 波 干為民 何亞峰 李文靜 王祥志

      1.常州工學(xué)院航空與機(jī)械工程學(xué)院,常州,213002 2.江蘇省高校特種加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,常州,213002 3.常州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,常州,213164

      0 引言

      進(jìn)口小、內(nèi)腔大的瓶狀階梯孔廣泛用于汽車、航天航空及醫(yī)療等領(lǐng)域[1],目前主要采用機(jī)械加工方法對(duì)其進(jìn)行加工,加工過(guò)程中存在難裝夾、精度不高、排屑不暢、冷卻條件差等問(wèn)題[2]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)階梯孔的加工已有一定的研究。劉玉杰等[3]基于數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法優(yōu)化陰極結(jié)構(gòu),提出了階梯式變電壓加工方法;張京超等[4]針對(duì)細(xì)長(zhǎng)孔難以擴(kuò)孔加工的問(wèn)題,設(shè)計(jì)并搭建了細(xì)長(zhǎng)孔脈沖電解擴(kuò)孔裝置;唐霖[5]采用立式安裝的固定式陰極,搭建了立式刻槽和擴(kuò)孔電解加工裝置,可對(duì)長(zhǎng)度不超過(guò)600 mm的刻槽和孔類零件進(jìn)行加工。在國(guó)外,JONES等[6]研究發(fā)現(xiàn),在長(zhǎng)流道變截面電解加工中,空隙率對(duì)加工平衡時(shí)間影響最大;DAS等[7]以稀硫酸為電解液,在自行研制的變參數(shù)加工裝置上進(jìn)行圓孔加工實(shí)驗(yàn),研究了流場(chǎng)分布對(duì)加工所得孔錐度角的影響規(guī)律。電解鏜孔具有加工效率高,在加工過(guò)程中無(wú)機(jī)械切削力,加工后的表面無(wú)毛刺[8]等優(yōu)點(diǎn),克服了傳統(tǒng)機(jī)械加工產(chǎn)生的微裂紋、殘余應(yīng)力、冷作硬化等缺陷,且加工表面質(zhì)量好,是加工階梯孔較合適的工藝方法之一。因此,筆者設(shè)計(jì)了一種成形陰極來(lái)實(shí)現(xiàn)階梯孔的數(shù)控電解鏜孔加工,以提高加工效率和表面質(zhì)量。

      1 階梯孔的數(shù)控電解鏜孔加工原理

      為實(shí)現(xiàn)對(duì)階梯孔的加工,擬采用如圖1所示的數(shù)控電解鏜孔加工工藝。成形陰極進(jìn)入工件預(yù)制孔后,電解液從陰極螺旋出液口噴入加工間隙,陰極高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)行走一圓形鏜孔軌跡,在電場(chǎng)和流場(chǎng)的耦合作用下,陰極進(jìn)給方向上的工件材質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕而被去除,從而鏜出階梯孔內(nèi)腔。數(shù)控電解鏜孔所用陰極如圖1a所示,陰極上半段為直徑D1的中空?qǐng)A柱體,用于裝夾和通液;陰極下半段為電解鏜孔加工刃,其直徑為D3,上下端各有一半徑為R1的圓角,加工刃表面設(shè)有螺旋形出液口。陰極的主要尺寸關(guān)系為

      D3=D4-2Δb-2r

      (1)

      L3=L1-Δs1-Δs2

      (2)

      R1=R2-Δs

      (3)

      式中,D4為階梯孔大孔直徑;Δb為電解加工間隙;L3為陰極鏜孔加工部分長(zhǎng)度;L1為工件所需鏜孔長(zhǎng)度;Δs1、Δs2分別為上下圓角端面加工間隙;R2為階梯孔的圓角半徑;Δs為加工間隙;2r為陰極鏜孔加工時(shí)所運(yùn)行軌跡直徑值。

      除鏜孔加工刃部分和夾持部分外,陰極裸露外表面均有絕緣層,以防止雜散腐蝕,提高加工精度。

      數(shù)控電解鏜孔加工過(guò)程如圖1c所示,陰極與加工電源負(fù)極相連,工件接電源正極,電解液從陰極出口以一定壓力流入加工間隙,陰極旋轉(zhuǎn)并切入工件某一深度后,再行走一半徑為r的圓形軌跡,基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理即可鏜出階梯內(nèi)孔,其鏜孔加工結(jié)果如圖1d所示(δ為尺寸允許誤差)。

      圖1 階梯孔的數(shù)控電解鏜孔加工Fig.1 NC ECM boring of stepped holes

      為研究電解鏜孔各加工參數(shù)對(duì)成形過(guò)程的影響,按照水平剖面方向觀測(cè)圖1c,根據(jù)去除量的不同將整個(gè)鏜孔過(guò)程分為陰極切入工件、陰極運(yùn)行圓形軌跡進(jìn)行鏜孔加工和鏜孔加工結(jié)束前三個(gè)階段,如圖2所示。

      圖2 電解鏜孔加工過(guò)程Fig.2 Diagram of ECM boring processing

      圖2a中,陰極切入工件的設(shè)定切深b1和實(shí)際切深b2分別為

      b1=r+(D3-D1)/2

      (4)

      b2=b1+Δb

      (5)

      根據(jù)電解加工平衡間隙理論,有

      Δb=ηwκ(U-ΔE)/vx

      (6)

      式中,η為電流效率;w為工件體積化學(xué)當(dāng)量,mm3/(A·min);κ為電解液電導(dǎo)率,S/m;U為陰陽(yáng)極間電壓,V;ΔE為陰極和陽(yáng)極極化電位值總和,V;vx為陰極以某一速度進(jìn)給時(shí)工件在進(jìn)給方向上大圓處電解速度,mm/min[1]。

      圖1c中,圓角處的加工間隙

      Δs=Δb/cosθ

      (7)

      式中,θ為陰極加工刃圓角處任一角度值。

      Δb、R2一定時(shí),根據(jù)式(3)、式(7)可得陰極工作刃圓角半徑R1為一變化值,需根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)修正獲得。上下端面加工間隙Δs1、Δs2的理論值應(yīng)相同,但實(shí)際加工時(shí)的工件是豎立的,電解液在重力作用下使得Δs2處較Δs1處分布更充盈且流速快,加工間隙中各處電解液流速分布不均時(shí),工件去除速率不同,因此實(shí)際加工中的Δs1與Δs2有較小差值。

      圖2b所示為陰極切入深度b后繞工件圓心o1行走的圓形(半徑為r)軌跡,此時(shí)的去除量為切入時(shí)的一半,需調(diào)整進(jìn)給速度以保證加工間隙與切入時(shí)最終間隙Δb一致。對(duì)于小直徑陰極,每旋轉(zhuǎn)一圈其間隙內(nèi)的電解液溫度、導(dǎo)電率κ和氣泡率的變化都是很微小的,可假設(shè)某時(shí)間段內(nèi)保持不變,將三者視為常數(shù),則可推導(dǎo)出加工間隙

      (8)

      式中,α為陰極鏜孔刃加工段的圓心角,45°<α<135°。

      由式(8)可見(jiàn),電壓、電解液參數(shù)、進(jìn)給速度都是影響加工間隙的因素。若陰極進(jìn)給速度小于金屬的溶解速度,則加工間隙過(guò)大,精度降低;若陰極進(jìn)給速度大于金屬溶解速度,則容易發(fā)生短路,燒傷陰極和工件,影響試驗(yàn)的順利進(jìn)行;金屬溶解速度與陰極進(jìn)給速度相同,則加工過(guò)程達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)的加工間隙為電解鏜孔平衡間隙,效率和精度最好。

      圖2c為數(shù)控電解鏜孔加工結(jié)束前某一時(shí)刻加工狀態(tài)圖,由于陰極切入時(shí)已經(jīng)去除部分余量,此時(shí)的電解去除量逐漸減小,為防止加工過(guò)切需增大陰極進(jìn)給速度。

      2 階梯孔的數(shù)控電解鏜孔陰極設(shè)計(jì)

      數(shù)控電解鏜孔加工參數(shù)中,在電源參數(shù)(電壓峰值、脈沖頻率、占空比等)、電解液參數(shù)(電解液壓力、溫度、酸堿度、成分、濃度等)和機(jī)床加工參數(shù)(機(jī)床進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、運(yùn)行軌跡等)一定的情況下, 影響加工間隙大小的主要因素為流場(chǎng)分布情況。

      2.1 陰極形狀和流道設(shè)計(jì)

      陰極設(shè)計(jì)時(shí)需參照?qǐng)D1d中工件的設(shè)計(jì)尺寸及加工間隙值,主要尺寸允許誤差δ=0.05 mm。針對(duì)階梯孔零件特征(外孔直徑D2=20 mm,D4=28 mm,總體孔深L2=100 mm,內(nèi)孔深度L1=66 mm),為求得電解液出口壓力和流速分布符合設(shè)計(jì)要求的陰極,現(xiàn)根據(jù)初始加工間隙Δs=0.2 mm,設(shè)計(jì)陰極結(jié)構(gòu),如圖3所示,陰極本體為中空的回轉(zhuǎn)體,其一端為裝夾部分,另一端為工作部分,裝夾部分和工作部分之間為頸部,頸部的外壁上設(shè)有絕緣層,工作刃設(shè)有螺旋形的出液口,螺旋形出液口旋轉(zhuǎn)上升的角度為β。根據(jù)出液口數(shù)量的不同,出液口可分為單螺旋形出液口和雙螺旋形出液口(圖4)。為調(diào)整陰極出液口壓力,陰極內(nèi)部設(shè)有圓錐角為γ的分流塊[9-10]。下面主要研究不同的分流塊錐角γ(分流塊底部直徑不變時(shí),分流塊高度隨錐角γ改變而改變)、螺旋形出液口旋轉(zhuǎn)角β和出液口數(shù)量時(shí),陰極出液口壓力和流速分布情況。

      圖3 陰極模型Fig.3 Cathode model

      圖4 單螺旋和雙螺旋出液口Fig.4 Single and double helix outlets

      2.2 單雙螺旋形出液口陰極流場(chǎng)分析

      對(duì)加工間隙中電解液的流場(chǎng)分析是一種穩(wěn)態(tài)分析,建模時(shí)對(duì)流體有以下假設(shè):流體為不可壓縮、恒定的牛頓流體,即速度梯度變化時(shí),動(dòng)力黏度不變;考慮到加工間隙小、流速較快,整個(gè)流道中的電解液流動(dòng)呈湍流狀態(tài);加工區(qū)域中電解液的流程較小,因此忽略工作過(guò)程中工作介質(zhì)溫度的變化以及溫差造成的能量耗散,電解液流動(dòng)受質(zhì)量守恒定律和動(dòng)能守恒定律約束[11]。

      本文使用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)湍流k-ε模型的湍動(dòng)能k和耗散率ε方程為

      (9)

      (10)

      (11)

      式中,Gk為由平均速度梯度產(chǎn)生的湍動(dòng)能;Gb為由浮力影響而產(chǎn)生的湍動(dòng)能;YM表示可壓縮湍流脈動(dòng)膨脹對(duì)總的耗散率的影響;μt為湍流黏度系數(shù);ρ為液體密度;Cμ為常數(shù);σk為k方程的湍流Prandtl數(shù);εk為ε方程的湍流Prandtl數(shù);C1ε、C2ε、C3ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

      圖5 單螺旋出口陰極的壓力及速度Fig.5 Pressure and velocity of single spiral outlet cathode

      建立單雙螺旋形出液口陰極模型,根據(jù)分析軟件要求,只建立陰極本體流域,入口壓力設(shè)為2 MPa,出口無(wú)背壓。圖5a 中,出口壓力云圖被圈出部分的中心壓力突變?yōu)樽畹椭?1.93×105Pa,呈點(diǎn)狀;周圍壓力為-1.19×105Pa,呈小圓面狀;小圓面周圍壓力變?yōu)?2.01×104Pa,呈短條狀,由此可見(jiàn)出口壓力存在突變。圖5a中,被圈出部分往下的出口處的出口壓力為4.54×103Pa~1.69×104Pa,其余出口處壓力均為負(fù)值,由此可見(jiàn)整個(gè)出口壓差較大且變化不連續(xù)。結(jié)合圖5b可見(jiàn),電解液集中從陰極下部出口流出,出口中上部電解液流量小,實(shí)際加工時(shí),會(huì)產(chǎn)生電解液短缺導(dǎo)致的短路、燒傷陰極及工件的現(xiàn)象,所以單螺旋形出口陰極無(wú)法滿足加工要求。

      由圖6a可見(jiàn)雙縫螺旋陰極出口壓力的變化均勻、無(wú)突變、壓差小。流速均勻與否直接影響流量的分布,均勻的流量能更好地保證鏜孔加工時(shí)的加工間隙誤差小,從而保證所鏜階梯孔尺寸不超差。由圖6b可以看出,雙縫螺旋陰極出口流速分布均勻,流速為5.23 m/s。單縫螺旋陰極出口的同一截面流速不均,流速最大為9.95 m/s,最小為2.35 m/s。綜合各陰極出口流場(chǎng)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙縫螺旋出口陰極設(shè)計(jì)較合理。

      圖6 雙螺旋出液口壓力及速度云圖Fig.6 Pressure and velocity of double spiral outlet cathode

      為觀察階梯孔電解鏜孔加工過(guò)程中的流場(chǎng),結(jié)合加工原理圖(圖1c),從水平截面和豎直截面觀測(cè)加工間隙中流場(chǎng)的分布。由圖7可見(jiàn),水平方向和豎直方向的加工間隙內(nèi),電解液流量滿足鏜孔加工要求,流速變化均勻,在使用雙螺旋形陰極進(jìn)行鏜孔加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)局部缺液的問(wèn)題。

      圖7 加工間隙內(nèi)的速度矢量圖Fig.7 Velocity vector map in machining gap of horizontal section and vertical section

      2.3 雙螺旋出液口陰極不同β和γ時(shí)的流場(chǎng)

      為進(jìn)一步優(yōu)化流場(chǎng)分布,減小出水口壓差,擬改變陰極出口的旋轉(zhuǎn)角度β和分流塊的錐角γ,其中,β選360°、540°、720°,分流塊錐度角γ選23°、24°和25°,共建立9個(gè)模型,導(dǎo)入FLUENT分析,從所有分析結(jié)果中選擇流場(chǎng)分布較好的3組,如圖8~圖10所示。最終發(fā)現(xiàn)β=360°,γ=24°時(shí)的效果最好,壓力過(guò)渡均勻、壓差小、負(fù)壓區(qū)面積最小、流速變化差值小,電解液速度矢量垂直于陰極側(cè)壁,即鏜孔加工時(shí),電解液能垂直射入加工間隙,無(wú)死水區(qū),便于電解產(chǎn)物和熱量的排出。

      圖8 雙螺旋出液口陰極流場(chǎng)(β=540°,γ=23°)Fig.8 Flow field of double spiral outlet cathode(β=540°,γ=23°)

      圖9 雙螺旋出液口陰極流場(chǎng)(β=720°,γ=25°)Fig.9 Flow field of double spiral outlet cathode(β=720°,γ=25°)

      圖10 雙螺旋出液口陰極(β=360°,γ=24°)Fig.10 Flow field of double spiral outlet cathode(β=360°,γ=24°)

      3 試驗(yàn)研究及陰極錐度修正

      3.1 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

      階梯孔電解加工試驗(yàn)所使用的設(shè)備為五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工機(jī)床,電解液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaNO3溶液,溫度為30 ℃。試驗(yàn)選用β=360°,γ=24°的雙螺旋出液口陰極,根據(jù)初始加工間隙0.2 mm和階梯孔尺寸,即可求得試驗(yàn)用陰極各尺寸。通過(guò)正交試驗(yàn)研究電壓、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、電解液壓力和設(shè)定切深對(duì)實(shí)際切深和側(cè)面加工間隙的影響規(guī)律,各試驗(yàn)條件及結(jié)果如表1所示。

      試驗(yàn)通過(guò)超聲波測(cè)厚儀(精度0.01 mm)測(cè)得加工后工件的壁厚,再利用工件初始壁厚減去加工后壁厚得到實(shí)際切深,側(cè)面加工間隙則根據(jù)式(5)計(jì)算可得。測(cè)量工件壁厚時(shí)發(fā)現(xiàn),由于重力的原因,底部電解液流量較頂部充足,相同加工條件時(shí)的工件去除量從上往下逐漸增大,即加工后階梯孔壁厚從上往下有所減小,表1中的數(shù)據(jù)是根據(jù)所鏜階梯孔中部直徑計(jì)算而得的,為減少試件數(shù)量,試驗(yàn)時(shí)一組參數(shù)只鏜孔加工1/4內(nèi)孔即進(jìn)行測(cè)量。

      表1 試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果

      根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果分析各因素不同水平時(shí)發(fā)現(xiàn),電壓取24 V、21 V、18 V、15 V、12 V時(shí),平均實(shí)際切深分別為2.632 mm、2.590 mm、2.544 mm、2.518 mm、2.494 mm,極差(平均實(shí)際切深最大值減去最小值)為0.138 mm,此時(shí)的平均側(cè)面加工間隙分別為0.328 mm、0.290 mm、0.244 mm、0.218 mm、0.194 mm,極差為0.134 mm。主軸轉(zhuǎn)速為500 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min、2 000 r/min、2500 r/min時(shí),平均實(shí)際切深分別為2.566 mm、2.580 mm、2.558 mm、2.538 mm和2.532 mm,極差為0.048 mm;此時(shí)的平均側(cè)面加工間隙分別為0.266 mm、0.280 mm、0.258 mm、0.238 mm、0.232 mm,極差為0.048 mm。陰極進(jìn)給速度為0.2 mm/min、0.3 mm/min、0.4 mm/min、0.5 mm/min、0.6mm/min時(shí),平均實(shí)際切深分別為2.632 mm、2.574 mm、2.560 mm、2.512 mm、2.492 mm,極差為0.140 mm;此時(shí)的平均側(cè)面加工間隙分別為0.332 mm、0.274 mm、0.260 mm、0.216 mm、0.192 mm,極差為0.140 mm。電解液壓力為0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa、1.0 MPa時(shí),平均實(shí)際切深分別為2.578 mm、2.554 mm、2.510 mm、2.566 mm、2.532 mm,極差為0.068 mm;此時(shí)的平均側(cè)面加工間隙分別為0.278 mm、0.254 mm、0.266 mm、0.244 mm、0.232 mm,極差為0.046 mm。設(shè)定切深取值為1.7 mm、2.0 mm、2.3 mm、2.6 mm、2.9 mm時(shí),平均實(shí)際切深分別為1.974 mm、2.248 mm、2.550 mm、2.528 mm、3.156 mm,極差為1.182 mm;此時(shí)的平均側(cè)面加工間隙分別為0.274 mm、0.248 mm、0.228 mm、0.268 mm、0.256 mm,極差為0.046 mm。從以上各因素的極差值大小可以看出,各因素對(duì)實(shí)際切深的影響主次關(guān)系(從強(qiáng)到弱)依為:設(shè)定切深、進(jìn)給速度、電壓、電解液壓力、主軸轉(zhuǎn)速;各因數(shù)對(duì)側(cè)面加工間隙的影響主次關(guān)系(從強(qiáng)到弱)依次為:進(jìn)給速度、電壓、主軸轉(zhuǎn)速、電解液壓力、設(shè)定切深。其中,設(shè)定切深為加工中根據(jù)鏜孔去除量而人為設(shè)定的切深,對(duì)實(shí)際切深的影響最大,但對(duì)加工間隙的影響很小,即電解鏜孔加工中加工間隙隨切深的變化很小;從極差分析的結(jié)果亦可看出,陰極出水口流量達(dá)到電解加工順利進(jìn)行的最低要求后,電解液壓力和陰極轉(zhuǎn)速的增加對(duì)加工結(jié)果影響很??;由此可見(jiàn),影響實(shí)際切深和加工間隙的主要參數(shù)為電壓和進(jìn)給速度。

      電壓對(duì)實(shí)際切深和加工間隙的影響見(jiàn)圖11,隨著加工電壓的升高,實(shí)際切深和加工間隙呈增大的趨勢(shì),符合式(6)中電壓和加工間隙的正比關(guān)系。由圖12可見(jiàn),隨著進(jìn)給速度的增加,陰極鏜孔同等長(zhǎng)度路徑所花時(shí)間縮短,相同參數(shù)條件下的去除量減小,實(shí)際切深亦隨之減小,符合式(6)中進(jìn)給速度與加工間隙的反比例關(guān)系。進(jìn)給速度低于最大平衡進(jìn)給速度時(shí),進(jìn)給速度越大,加工間隙越小。由以上分析可知,加工電壓高,則加工間隙和實(shí)際切深大,但容易發(fā)生過(guò)切;進(jìn)給速度高時(shí),實(shí)際切深和加工間隙小,容易保證加工精度,但小間隙加工時(shí)易發(fā)生短路,燒傷工件和鏜孔陰極,因此需根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的各加工參數(shù)。

      圖11 電壓、實(shí)際去除量與加工間隙的關(guān)系Fig.11 Relation between voltage,actual removal quantity and machining gap

      圖12 進(jìn)給速度、實(shí)際切深與加工間隙的關(guān)系Fig.12 Relationship between feed speed,actual cutting depth and machining clearance

      由第19組正交試驗(yàn)可以直接看出,進(jìn)給速度0.5 mm/min、轉(zhuǎn)速1 000 r/min、電解液壓力1.0 MPa、電壓15 V、設(shè)定切深1.7 mm時(shí),加工間隙Δs=0.19 mm,最接近加工間隙預(yù)設(shè)值(此時(shí)誤差為0.01 mm),因此采用此參數(shù)組合作為設(shè)計(jì)陰極的依據(jù),此時(shí)通過(guò)測(cè)量可知Δs1=0.22 mm,Δs2=0.28 mm;D2、R2、L1、L2、D4已知時(shí),通過(guò)計(jì)算可知鏜孔陰極加工段外徑D3=11.6 mm,圓角半徑R1由4.80 mm漸變至4.72 mm,鏜孔刃長(zhǎng)L3=65.5 mm,夾持部分直徑D1=10 mm,陰極總長(zhǎng)L=150 mm,階梯孔電解鏜孔時(shí)的陰極軌跡半徑r=4 mm。

      3.2 陰極的外輪廓修正和試驗(yàn)結(jié)果

      從正交試驗(yàn)可以看出,β=360°,γ=24°的雙螺旋出液口陰極加工所得工件總存在進(jìn)口直徑比根部直徑小的情況,如圖13所示。這是因?yàn)榧庸ぶ械碾娊庖涸谥亓ψ饔孟孪蛳戮奂?即越往鏜孔根部,電解液流量越大),所以電解液的分布不均及電解液溫升的變化導(dǎo)致電解鏜孔過(guò)程中的去除量不均勻。為解決以上問(wèn)題,將陰極的工作段制作成倒錐形,即陰極工作段直徑尺寸由19.65 mm漸變至19.55 mm,陰極和最終加工所得零件如圖14所示。切入階段速度為0.2 mm/min時(shí),去除量大、流場(chǎng)不穩(wěn)定,因此切入速度較低;鏜孔階段速度為0.5 mm/min,流場(chǎng)穩(wěn)定無(wú)火花現(xiàn)象;由于陰極初始切入時(shí)已去除部分材料,鏜孔結(jié)束前階段去除量逐漸減少,因此需調(diào)整陰極進(jìn)給速度為0.8 mm/min;最終的整個(gè)鏜孔時(shí)間約為50 min,加工所得階梯內(nèi)孔的直徑為27.90~28.02 mm,加工間隙為0.185~0.215 mm,符合加工要求。當(dāng)效率η=0.15,電化學(xué)當(dāng)量w=0.001 5 mm3/(A·min),U=15 V,電導(dǎo)率取8 S/m,α=102°,根據(jù)式(8)計(jì)算得到加工間隙約為0.208 mm,說(shuō)明此公式對(duì)實(shí)踐有一定指導(dǎo)意義。

      圖13 錐度未修正陰極加工所得零件Fig.13 Parts manufactured with uncorrected taper cathode

      圖14 修正后陰極及加工所得工件Fig.14 Corrected cathode and workpiece

      4 結(jié)論

      (1)與單螺旋出液口陰極相比,雙螺旋出液口陰極出口壓力變化均勻且壓差小,出水口電解液流動(dòng)方向垂直于陰極側(cè)壁,即能垂直射入加工間隙,保證電解鏜孔加工間隙中無(wú)缺液現(xiàn)象。

      (2)通過(guò)調(diào)整不同的出液口螺旋角和分流塊的錐度發(fā)現(xiàn),360°螺旋角和24°分流塊錐角時(shí),陰極出液口壓力和流速分布較好。

      (3)通過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在電解液充沛的前提下,實(shí)際切深和加工間隙主要受電壓和陰極鏜孔速度影響,主軸轉(zhuǎn)速、電解液壓力和設(shè)定切深對(duì)加工間隙的影響較小。以正交試驗(yàn)結(jié)果較好的一組參數(shù)加工結(jié)果作為陰極設(shè)計(jì)的依據(jù),得到了陰極各主要設(shè)計(jì)尺寸。

      (4)通過(guò)陰極錐度修正的方法解決了重力引起的電解液分布不均,導(dǎo)致鏜孔內(nèi)壁厚薄不均的問(wèn)題,加工所得工件尺寸均在誤差范圍之內(nèi)。

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