套型电解加工流场仿真分析(附件)
电解加工是利用金属在电解液中产生电化学阳极溶解的原理工件进行成形加工的特种加工。电解加工具有不受被加工产品各种性能的影响，且具有生产效率高，加工时阴极没有损耗，加工范围好，被加工材料表面质量好的特点。本文主要是针对套型电解加工领域的流场设计问题,展开仿真研究工作。具体工作内容如下(1)了解电解加工技术基本原理，了解流体动力学的基本理论。(2)掌握ANSYS仿真软件的基本操作，建立流场有限元数值分析模型(3)掌握UG建模软件，完成套形电解加工工装夹具设计，并完成UG工程出图工作。关键词 套形电解加工，流场仿真,有限元分析
目录
1 引言 1
1．1 电解加工技术 1
1．2 电解加工研究背景及研究现状 2
1．3 电解加工原理及设备 3
1. 4 课题研究内容和研究意义 4
1. 5 电解加工的经济环保性 5
2 总体方案设计 6
2.1流场设计及套形电解方法研究 6
2.2电解液流动形式 6
2.3进液方式流场仿真及优化 7
2.3.1三维流场模型建立 7
2.3.2流场数学模型的仿真 9
2.3.3两种仿真方案结果分析 11
3电解加工夹具总体设计 15
3.1夹具设计要求 15
3.2夹具的构成与作用 15
3.3夹具密封性能分析 16
3.4夹具工作原理 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
1．1 电解加工技术
电解加工（Electrochemical machining)利用金属阳极电化学溶解的原理使在电解液中的工件加工成形，它是一种非接触式特种加工技术。电解加工时,使金属工件与刀具的间隙中充满电解液,并把工件连接电源的正极,把刀具连接电源的负极。电源接通后，电解反应开始进行，工具与工件间会形成导电通路，工件开始溶解。同时流动的电解液将会把电解产物和热量带出加工间隙随着工具的进给运动，最终加工出与工具形状相似的结构。21世纪，信息、生物、纳米技术有了巨大发展。对相应制造装备的需求使微细加 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
工技术成为研究热点，而电解加工阳极工件是以离子形式溶解去除的，使电解加工具有非常大的微细加工潜能。由于在电解加工过程中，工件是以离子形态溶解的过程，与其它传统加工方法相比具有以下优点：
(1)生产率高。加工效率随加工电流密度的增大而增大，能达到几百立方毫米每分钟，比电火花加工快（510）倍。
(2)适用范围广。可以加工几乎全部的金属材料，且金属材料的机械性能如强度不会影响电解加工的效果。在加工弹套形零件效果明显。
(3)表面粗糙度好。电解加工由于是非传统加工，不会有残余应力，更没有金属切削加工中冷作硬化现象，离子材料溶解使得表面粗糙度大幅降低。
阴极刀具寿命长。在电解加工时，阴极刀具自身不参加反应，刀具金属不会溶解消耗，但对刀和加工中产生火花、短路等现象会使阴极工具烧伤而损耗。除此之外，电解加工也存在一些缺点。主要表现如下：
(1)电解加工的稳定和准确度难以控制。电解加工时，间隙的精确控制与阴极刀具的精确尺寸制定这两项主要影响因素都难以实现。
(2)刀具阴极和夹具设计制造较复杂。一般需要通过边实验检测边修正的方式来调整刀具和夹具。因而制造周期长。
(3)电解机床应该具备足够的刚性和防腐性能，价格昂贵，占地面积较大。因而单件小批量生产的成本较高。而且，未经处理的电解产物将会严重污染环境。
1．2 电解加工研究背景及研究现状
电解加工最早可联系到法拉第定律，该定律是英国科学家法拉第在1834年发现的。它说明了金属阳极溶解及阴极沉积物质的质量与通过电量的关系。但是之后很长一段时间电解加工并没有应用于生产实践。直到百年之后的1928年，将金属电解加工阳极溶解原理用于工件加工的设想由前苏联科学家古谢夫和罗日科夫提了出来，当时这种设想本身并不完善，而且大容量直流电源的研制存在困难，所以未能实现应用。随着技术研究的发展与生产工艺的需求，尤其是关于航空发动机叶片、炮管等重要零部件的制造方面电解加工正在迅速发展并逐渐发展成为一门先进的制造技术。
电解加工的技术研制起步早，发展较慢。但到1957年，我国开始对枪管膛线加工、深孔的扩孔加工及长键槽的加工进行了研究，很快便取得了成果并应用于生产实践。1968年混气电解加工的研究开始进行，20世纪60年代中期，电解去毛刺技术技术在汽车制造业得到广泛应用，到了20世纪70年代电解加工在航天发动机叶片的研究和锻压腔体的研制等方面取得亮眼成绩。图1.1所示是电解加工在航空领域的应用。
套料电解加工方法可以加工等截面的大面积异形孔或用于等截面薄形零件的下料。其加工制造技术是各国科研人员重点研究的内容。本小节就套料电解加工作简要描述。
套料电解加工,不仅生产效率高、表面粗糙度好,加工时不损耗阴极,能加工硬度高的材料,而且加工没有无机械力,可加工套筒、薄壁类零件，加工过程无变形，这种技术在各国普遍使用。我国使用小间隙电解套料加工，叶片精度能达0.02mm，位置精度能达0.03mm，粗糙度值Ra能达0.4m1m；德国AEG公司采用SMH2多头立式机床电解加工20Cr13不锈钢叶轮。但是套料电解加工只能加工相同截面叶轮，不能加工不同截面的叶轮。
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图1.1 航空发动机整体结构件
1．3 电解加工原理及设备
电解加工是特种加工的工艺技术之一，它是利用金属在电解液中的电化学反应阳极被溶解的原理，在航空、航天、能源等领域起着重要作用。其加工原理如图1.2所示。
目录
1 引言 1
1．1 电解加工技术 1
1．2 电解加工研究背景及研究现状 2
1．3 电解加工原理及设备 3
1. 4 课题研究内容和研究意义 4
1. 5 电解加工的经济环保性 5
2 总体方案设计 6
2.1流场设计及套形电解方法研究 6
2.2电解液流动形式 6
2.3进液方式流场仿真及优化 7
2.3.1三维流场模型建立 7
2.3.2流场数学模型的仿真 9
2.3.3两种仿真方案结果分析 11
3电解加工夹具总体设计 15
3.1夹具设计要求 15
3.2夹具的构成与作用 15
3.3夹具密封性能分析 16
3.4夹具工作原理 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1 引言
1．1 电解加工技术
电解加工（Electrochemical machining)利用金属阳极电化学溶解的原理使在电解液中的工件加工成形，它是一种非接触式特种加工技术。电解加工时,使金属工件与刀具的间隙中充满电解液,并把工件连接电源的正极,把刀具连接电源的负极。电源接通后，电解反应开始进行，工具与工件间会形成导电通路，工件开始溶解。同时流动的电解液将会把电解产物和热量带出加工间隙随着工具的进给运动，最终加工出与工具形状相似的结构。21世纪，信息、生物、纳米技术有了巨大发展。对相应制造装备的需求使微细加 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
工技术成为研究热点，而电解加工阳极工件是以离子形式溶解去除的，使电解加工具有非常大的微细加工潜能。由于在电解加工过程中，工件是以离子形态溶解的过程，与其它传统加工方法相比具有以下优点：
(1)生产率高。加工效率随加工电流密度的增大而增大，能达到几百立方毫米每分钟，比电火花加工快（510）倍。
(2)适用范围广。可以加工几乎全部的金属材料，且金属材料的机械性能如强度不会影响电解加工的效果。在加工弹套形零件效果明显。
(3)表面粗糙度好。电解加工由于是非传统加工，不会有残余应力，更没有金属切削加工中冷作硬化现象，离子材料溶解使得表面粗糙度大幅降低。
阴极刀具寿命长。在电解加工时，阴极刀具自身不参加反应，刀具金属不会溶解消耗，但对刀和加工中产生火花、短路等现象会使阴极工具烧伤而损耗。除此之外，电解加工也存在一些缺点。主要表现如下：
(1)电解加工的稳定和准确度难以控制。电解加工时，间隙的精确控制与阴极刀具的精确尺寸制定这两项主要影响因素都难以实现。
(2)刀具阴极和夹具设计制造较复杂。一般需要通过边实验检测边修正的方式来调整刀具和夹具。因而制造周期长。
(3)电解机床应该具备足够的刚性和防腐性能，价格昂贵，占地面积较大。因而单件小批量生产的成本较高。而且，未经处理的电解产物将会严重污染环境。
1．2 电解加工研究背景及研究现状
电解加工最早可联系到法拉第定律，该定律是英国科学家法拉第在1834年发现的。它说明了金属阳极溶解及阴极沉积物质的质量与通过电量的关系。但是之后很长一段时间电解加工并没有应用于生产实践。直到百年之后的1928年，将金属电解加工阳极溶解原理用于工件加工的设想由前苏联科学家古谢夫和罗日科夫提了出来，当时这种设想本身并不完善，而且大容量直流电源的研制存在困难，所以未能实现应用。随着技术研究的发展与生产工艺的需求，尤其是关于航空发动机叶片、炮管等重要零部件的制造方面电解加工正在迅速发展并逐渐发展成为一门先进的制造技术。
电解加工的技术研制起步早，发展较慢。但到1957年，我国开始对枪管膛线加工、深孔的扩孔加工及长键槽的加工进行了研究，很快便取得了成果并应用于生产实践。1968年混气电解加工的研究开始进行，20世纪60年代中期，电解去毛刺技术技术在汽车制造业得到广泛应用，到了20世纪70年代电解加工在航天发动机叶片的研究和锻压腔体的研制等方面取得亮眼成绩。图1.1所示是电解加工在航空领域的应用。
套料电解加工方法可以加工等截面的大面积异形孔或用于等截面薄形零件的下料。其加工制造技术是各国科研人员重点研究的内容。本小节就套料电解加工作简要描述。
套料电解加工,不仅生产效率高、表面粗糙度好,加工时不损耗阴极,能加工硬度高的材料,而且加工没有无机械力,可加工套筒、薄壁类零件，加工过程无变形，这种技术在各国普遍使用。我国使用小间隙电解套料加工，叶片精度能达0.02mm，位置精度能达0.03mm，粗糙度值Ra能达0.4m1m；德国AEG公司采用SMH2多头立式机床电解加工20Cr13不锈钢叶轮。但是套料电解加工只能加工相同截面叶轮，不能加工不同截面的叶轮。
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图1.1 航空发动机整体结构件
1．3 电解加工原理及设备
电解加工是特种加工的工艺技术之一，它是利用金属在电解液中的电化学反应阳极被溶解的原理，在航空、航天、能源等领域起着重要作用。其加工原理如图1.2所示。
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