加工技术在些先进工业国家直稳定用于解决诸如航空发动机叶片冷却孔，特别是深经比大呈空间角度分布的小孔加工中随着新型大功率电子器件的发展，在低频宽脉冲电解加工的基础上，年代出现了高频窄脉冲电流电解加工，有望将电解加工工艺提高到个新的水平电解与其他能量复合的加工技术，都有其独特的加工效果和应用范围年代开始研究的数控展成电解加工技术，综合了数控和电解两大技术的特点，扬长避短，相得益彰，其研究已由基础原理性进入实际应用阶段，开始在加工扭曲叶片型面的整体叶轮中得到应用。高温合金零件电解加工阴极的设计与计算.电解加工成型规律的研究电解加工成型规律的研究，目的是为了求解加工间隙随加工时间的变化，在不同几何位置的分布，以函数形式可写作。如果加工已进入平衡加工状态，则参数不随时间而变化，间隙也只是位置的函数，记作。基于加工间隙的分布，则可以根据所要电解加工的零件图而设计工具阴极或反之，可根据工具阴极的几何形状预测被加工工件阳极的形状。由于成型规律，即加工间隙的时空分布受多种因素的影响了，特别是对于那些形状复杂的型面加工，其加工间隙分布规律则更难求解。为了使问题简化而又不失其求解精度，可以在简化的基础上再逐项考虑多种因素的影响。在成型规律研究中，首先抓住主要矛盾，即基于电场分布而分析电解加工成型规律问题，这是在电解加工领域研究成型规律设计工具阴极的主要处理方法。.电解加工阴极设计的方法在电解加工应用和研究的初期，甚至当今在实际生产中，还大都采用上述近似的研究方法，最典型的是法。它是基于如下简化电场的假设条件下进行研究的。沿电流线方向，电位梯度不变在同电流线上，有相同的电场强度。从阳极等位面开始，到阴极等位面止，电位逐渐减小，等位面与电流线正交，电流线有阳极指向阴极。取电流效率η为常数对电解液电解液在任何电流密度条件下可取η为常数对电解液在高于定的电流密度条件下η可近似为常数在同电流线上取电解液导电率к相同。基于以上假设，则可认为在同电流线上，电流密度相同又因为先前已约定加工出于平衡状态，且电解加工间隙很小.，则在工件被加工表面法向与工具阴极表面法向间夹角不大的情况下，近似认为电流线同时垂直工件及阴极表面，取电力线的直线长度替代实际呈弧线形状的电力线。如此，求解电解加工之间隙长度问题就转化为求解相应处电力线长度的问题，可才用欧姆定律建立起近似电流线长度与加工电压的关系再基于法拉第电解定律导出阳极表面电解速度的大小以及最终阴阳极型面相互之间的几何关系。参照图.，其有关成型规律的方程组可写作η.在加工平衡状态上式中阴阳极之间的电压电解加工阴阳极电极电位值总和间隙电解液中的电压降电流密度к电解液导电率•电解加工间隙阴极送进速度与工件阳极表面法向之间的夹角对应上述处的平衡加工间隙对应处的平衡加工间隙，通常又称端面平衡间隙阳极被加工表面的法向蚀除速度，通常简称为工件加工速度工具阴极送进速度η电流效率体积电化当量•。图.基于简化电场的成型规律描述以上方程组就是基于简化电场进行成型规律计算和阴极设计的实用计算式，也就是常用的法。电解加工阴极的设计除了最常用的法外，对于些加工性状简单的工件，可以采用等间隙分布的原则进行阴极的设计。等间隙分布的原则是指在工件原有的尺寸上进行同等间隙的缩放，缩放后得到阴极的形状尺寸。这种设计方法较简单，但是却有局限性，对于那些型腔复杂的工件不能够使用，只适合形状简单的工件。以上两种方法都是基于简化电场分布的阴极设计方法，对于实际电场分布的阴极设计方法，这里介绍种有限元法。如图.给出了组工具阴极族的求解结果。其依据是已知的工件阳极形状和约定的工艺条件阳极边界电位，电解液的电导率和电流效率均为常数。有图.可以看出，所求解的阴极不只是个，而是“族”，即图中除阳极边界外的等位面都可以作为阴极边界，不同的只是阴极边界电位，或者说阴阳极之间的电位差不同，加工间隙值不同，但都能加工出同样的阳极型面。图.求解的工具阴极族.高温合金零件阴极的设计与计算针对这次研究的高温合金的零件如图.所示，采用等间隙分布的原则设计阴极的形状与尺寸。等间隙分布的原则就是在所加工的工件的实际尺寸得基础上进行同等的间隙的缩放，从而获得阴极的形状和尺寸。这里所缩放的间隙即电解加工的加工间隙，有上述可得知电解加工的加工间隙范围是。但不同的电解加工方式有不同的电解加工间隙范围，如表.及表.所示，总和了在各种加工条件下当前采用的间隙值范围，可以作为选用的参考。表.不同电解加工方式的加工间隙范围加工方式间隙范围直流电流活性电解液惰性电解液非线性加工，混气加工脉冲电流连续进给振动进给.周期循环多次对刀.表.不同工序的平均间隙范围工序种类间隙值极限范围常用范围孔及型腔加工小孔直径在以下小型腔型面长度大型腔型面长度以上叶片型面加工叶型长度以下电解车预钻通孔直径在以下外表面.电解磨金属阴极导电磨轮电解切削盘形阴极直径在以下线电极厚度在以下.根据表.和表.选择高温合金零件电解加工的加工间隙为.。则根据等间隙分布的原则可设计出高温合金零件电解加工的阴极的形状与尺寸，如图.所示。在阴极的设计中，同时还要设计与计算高温合金零件电解加工工装的进液孔与出液孔的大小。在计算进出液孔大小之前，首先要计算过液面积，然后根据所计算的过液面积计算进出液孔的大小。图.高温合金零件阴极的形状与尺寸进液孔的计算如图.所示，加工初始时刻的进液处的过液面的形状与尺寸，根据图可计图.进液孔处的过液面的外形与尺寸实际进液面积应取其.倍，则实际进液面积为根据以上可设计进液孔为孔。进液孔直径的选用，应使它的截面积大于起始间隙截面积，为了适应加和延伸的增液槽的需要，进液孔的截面积应予以加大。出液孔的计算如图.所示，加工初始时刻的出液处的过液面的形状与尺寸，根据图可算出过液面积为图.出液孔处的过液面的外形与尺寸实际出液面计应与其相等，则实际出液面计为.根据以上可设计出液孔为孔。.阴极设计的二维图与三维图如图.与.所示，阴极结构的二维图和三维图。图.阴极二维图图.阴极三维图高温合金零件电解加工的流场设计.电解液的流动形式电解加工前的工艺准备，首先必须设计工具阴极和工件阳极的相对位置及相对运动，同时还必须设计电解液流经加工间隙的流动形式，它对于保证电解加工过程的稳定性及加工精度均有着重要作用。电解液的流动形式依据电解液的流动方向加工送进方向机加工间隙之间的几何关系，可以分为三种典型流动形式，即侧流式正流式和反流式，或者在些较为复杂的型面加工中，还可能构成既有正流又有反流这样两种流动形式都存在的复合流动形式如图.所示。所谓电解加工的流动形式是指电解液流向加工间隙流经加工间隙及流出加工间隙的流通路径流动方向的几何结构。图.侧流式图.正流式图.反流式对以上三种流动形式中加工间隙流道横截面积，即对垂直于流动方向的加工间隙截面积进行粗略分析，估算后就容易发现侧流式加工间隙中的流道截面积沿流动方向大致保持不变，严格的考察，变化很小而正流式流道横截面积沿流动方向呈扩张状态，或者说其电解液流动为扩散流反流式的流道横截面积变化则相反，流道横截面积沿流动方向呈收敛状，具有收敛流动特点。般讲，收敛流动更利于提高电解加工的稳定性和加工精度。考察各种流动形式还可发现，不同流动形式的选择对于电解加工夹具和工具阴极的设计制造对于加工间隙中流场均匀性也都有影响。对于流动形式的确定有以下几个原则根据加工对象的几何形状确定对于型面曲率变化不大的三维型面如般叶片型面叶片锻模型腔等，可采用侧流式。对于圆孔型孔类可采用正流式或反流式。对于些复杂的型腔或型面，可在阴极上设计适当的通液槽孔，采用正流式或反流式，或者两种流动形式都存在的复合流动形式进行加工。但对应通液槽孔口的加工面上，会残留加工凸起，给随后型面光整加工带来些麻烦。根据加工精度的要求确定般讲，形状复杂且精度要求高的工件可选用反流式或复合流动形式，但其夹具或阴极的设计制造比较困难。根据以上综述，结合高温合金零件的二维图和三维图，确定本次设计的电解加工工装的流动形式为侧流式，如图.。电解液在在工件上的流动方向如图.所示。图.电解液在工件上的流动方向.电解液流速和进口压力的确定流速是保证电解加工过程得以稳定进行的主要流场参数，而进口压力则是则是保证电解液流速的必要条件。对于些材料的电解加工，如钛合金电解加工，其加工精度表面质量受电解液流速的影响特别敏感，对于流速的选取更要注意，般要选取更高些的流速相应的输送压力也应更高以下对进口流速和进口压力的确定原则分别加以分析。电解液流速的确定定流速的电解液通过加工间隙，这是电解加工的必要基本条件。确定电解液流速的原则，就是要满足下述两点主要功能要求。选择适当高的流速，能从加工间隙中带走电解产物，且使电解液流速处于紊流状态，这样有利于均匀流场并消除浓差极化。确定流态的判别准则为雷诺数式中雷诺数电解液流速水力直径ν电解液的运动粘性系数过水截面的长过水截面的高当为层流，为紊流。故对应紊流状态的流速应该满足下式，即.选择适当高的流速以控制温升。大量生产实践表明，般宜控制液槽中电解液温度不超过，至多也不能超过，通常以不超过为宜。般而言，在上述两项要求中，控制温升所对应的流速比保证紊流状态所需要的流速更高，故确定流速的步骤是先从控制温升出发的，然后在验算是否保证紊流状态，如果不能达到紊流状态，则需要调整流速。图.间隙通道中的流态发展过程进口前无导流段根据上述抑制温升及保证紊流状态的原则确定了流速，但在夹具设计中还必须注意在间隙进口前安排适当长度的导流段以确保从加工间隙进口开始的间隙全长均处于紊流状态。如果没有进口前的导流段，则尽管有雷诺数判据确定流态以处于紊流，而由于阴阳极及夹具壁面对电解液的粘滞作用，使间隙中的流态分布有进口段的层流而逐渐发展到经过定流程后的紊流状态参见上图.。故此，设置进口段的导流段很有必要，而对混气加工则更需要特别注意。电解液压力的确定电解液的压力是指加工间隙进口处的压力简称进口压力和电解液输送泵的出口压力，考虑到管道中的压力损失，般电解液泵出口压力需比电解液进口压力高。以下介绍确定电解液进口压力的方法。由于间隙进口前电解液管道的横截面积远大于加工间隙的横截面积，则电解液在输送管中的的流速远远小于间隙中的流速，或者可近似假设在管道中的流速为零更准确的说，相对于电解液在间隙中流速，近似认为管道中流速为零。在这样假设前提下，可以认为电解液进口压力能具有这样三个作用提供电解液在加工间隙中流动的速度能有称动压，克服加工间隙中的粘性摩擦力以及平衡加工间隙出口端的压力背压。基于这样的流体动力分析，电解液进口压力的计算可参照下式进行计算。当流动形式为侧流式时，如图.所示图.电解加工流动形式为侧流式动压.粘性摩擦.背压为则进口前压力为。对于正流式和反流式电解液进口压力的计算，这里不再具体讲解，如有兴趣可参考王建业徐家文编著的电解加工原理及其应用书，书中关于电解液进口压力的计算公式有详细介绍。有上式可知，当加工间隙的几何结构确定之后，流速与压力有着对应的关系，且流速越大，压力越高。因此，电解加工的实际过程，经常以定的压力规范来保证间隙中的流量和流速。在这