异形热锻模型腔电解加工关键技术研究

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热锻模是用于制造对高温状态下的金属进行锻压加工的模具,是现代工业中的重要基础装备,在机械制造、武器装备、航空航天、汽车制造等领域具有非常广泛的应用。随着新兴工业快速的发展,难加工材料以及复杂异形结构的大量应用,为热锻模型腔的加工制造带来诸多挑战。电解加工技术是在离子层面上进行材料去除的特种加工制造方法,具有一次加工成形、加工质量好、表面无残余应力、阴极不产生损耗等优点,在热锻模型腔的加工上具有显著优势。本文采用电解加工方法,开展电解液配方、异形型腔电解加工成型规律、阴极结构优化及加工装置设计、工艺参数优化等关键技术研究,具体内容如下:(1)通过电化学工作站和三电极体系测定了40Cr Ni Mo V材料在不同浓度的Na Cl电解液、Na NO3电解液、Na Cl和Na NO3复合电解液的极化特性曲线,探讨分析了材料在不同电解液中的电解反应原理和作用机理,结合试验和理论分析结果,最终获得了8%Na Cl+11%Na NO3浓度的复合电解液配方。(2)为了获得异形热锻模型腔电解加工成型规律,本文以较大尺寸、非常规结构的“T”形型腔为研究对象,进行了基于电场、气液两相流场、温度场和结构场的多物理场仿真分析,得到了不同工艺参数以及电解液的流速、温度、气泡率对阳极表面成型精度的影响规律,为后续研究奠定基础。结合工艺试验,表明多物理场仿真的结果与实测值接近,实现了对工件阳极表面形貌实际预测。(3)为了获得异形端盖零件热锻模型腔的阴极结构,在间隙电解液的流速、温度、气泡率对型腔成型精度影响规律的基础上,通过多物理场仿真,优选了电解液最佳流动形式为反流式、优化了阴极通液结构为“十”字形通液槽。同时设计了包括阴极夹具、密封装置以及工件夹具在内的反流式电解加工装置。(4)为了优选加工工艺参数,在入口压力、加工电压、阴极进给速度对型腔成型精度影响规律的基础上,划定了工艺参数选取范围。通过Box-Behnken法设计了正交试验,提出了工艺目标的测量评定方案,利用响应曲面法对试验结果进行了多目标优化,得到最优工艺参数组合:入口压力1.2 MPa,加工电压9 V,进给速度0.7 mm/min。基于最优工艺参数组合,得到工艺目标的预测值与试验值的误差率为10%左右,型腔加工精度和质量好,满足要求。
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