高性能材料内花键电解加工_祁浩东.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期93文章编号：2095-6835（2023）13-0093-02高性能材料内花键电解加工祁浩东（厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361104）摘要：在高性能材料内花键加工中，存在磨削工艺受限于结构，插削工艺刀具易磨损、难以保证内花键精度的问题。为实现高性能材料内花键的高精高效加工，重点研究了电解加工内花键去除大余量。利用电场仿真确定参数取值范围，通过不锈钢内花键电解加工试验，证明电解加工完成了内花键大余量的去除。关键词：高性能内花键；加工参数；电场仿真；电解加工试验中图分类号：TH132文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.13.026电解加工技术具有阴极无损耗、不受材料硬度限制的优点，但影响因素较多1。本文利用电场仿真确定工艺参数范围值，通过试验证明电解加工去除内花键大余量。国内外学者使用仿真技术对电解加工进行了大量研究，姚冶冰等2改进了阴极结构，改善了加工区域电流密度分布，提高了工件成形精度。TANG 等3建立了电解加工阴极模型，优化了流场分布，将工件尺寸精度控制在 0.02 mm。吴小龙等4利用仿真软件对阴极通液槽进行了流场分布仿真，减少了流纹产生。ZHAO等5研究电解液分布规律，提高了加工稳定性。1仿真分析阴/阳极间隙是内花键齿廓成形的关键因素，间隙越小，电流密度越大，轮廓成形精度越高，如公式（1）所示：阳总vUR=（1）式中：为电流效率的数值；总为体积电化学当量；UR为阴/阳极间隙的欧姆压降的数值；为电导率的数值；v阳为加工速度的数值。由式（1）得影响间隙的参数为电压和进给速度。使电压为 15 V，电导率为 10 S/m，对进给速度进行仿真分析，如图 1 所示。将成形轮廓与目标轮廓进行对比，粗曲线为预期轮廓，细曲线为仿真轮廓。由图 1 得：在进给速度为 3 mm/min 和 4 mm/min时，仿真轮廓贴近预期目标。使电导率为 10 S/m，进给速度为 3.5 mm/min，对电压进行分析，试件成形轮廓如图 2 所示。由图 2 得：电压为 10 V 与 15 V 时形貌贴近预期轮廓。2电解加工试验方案试验采用单因素法，探究不同电压、进给速度对加工结果的影响规律。记录试件侧面加工间隙及棒间距值，电解液中 NaNO3的体积分数为 8%。电解加工后检测齿廓余量，带有余量要求的棒间距为（230.1）mm，试验试件及其尺寸如图 3 所示，为不锈钢材料。（a）进给速度为 3 mm/min（b）进给速度为 4 mm/min图 1不同进给速度成形轮廓工件内圆弧/mm工件内圆弧/mm科技与创新Science and Technology&Innovation942023 年 第 13 期（a）电压为 10 V（b）电压为 15 V图 2不同电压成形轮廓单位：mm图 3试验试件3结果分析验证进给速度对加工结果的影响，侧面间隙、棒间距与进给速度对应关系如图 4 所示。由图 4 可得，当进给速度为 3.5 mm/min 时，侧面间隙为 0.11 mm。使进给速度为 3.5 mm/min，验证电压对加工精度的影响，侧面间隙、棒间距与电压对应关系如图 5所示。图 4不同进给速度的加工结果图 5不同电压的加工结果（下转第 100 页）工件内圆弧/mm工件内圆弧/mm电压/V27.18电压/V进给速度/（mmmin-1）进给速度/（mmmin-1）科技与创新Science and Technology&Innovation1002023 年 第 13 期表 3粉尘质量浓度测量值及除尘效率工况进口粉尘质量浓度/（mgm-3）采气量/L采样滤膜增重/g出口粉尘质量浓度/（mgm-3）除尘效率/（%）增加弦栅3521600.000 825.12598.54增加弦栅及喷雾3521600.004 461.25099.64从表 3 中可以看出，在相同水浴工况下，增加弦栅后，出口处粉尘质量浓度从 17.560 0 mg/m3降到5.125 mg/m3，除尘效率达 98.54%，在单一水浴除尘的基础上提高了 3.53%。在弦栅基础上增加喷雾后出口处粉尘质量浓度降至 1.250 mg/m3，净化效果显著，低于 GBZ 2.12019工作场所有害因素职业接触限值中规定的工作场所空气中粉尘容许质量浓度，除尘效率达 99.64%，在单一水浴除尘的基础上提高了 4.63%。4结论除尘装置阻力损失受风管浸没水面深度和处理风量的影响，风量一定时，除尘装置阻力损失随着风管浸没水面深度的增加而增加。单一水浴工况下全尘除尘效率为 95.01%，但是出口粉尘质量浓度较高，达到17.560 0 mg/m3，说明单一水浴工况还不能满足环境职业健康的要求。增加弦栅后，出口处粉尘质量浓度降至 5.125 mg/m3，较单一水浴工况降低了 70.81%，除尘效率达到 98.54%，相比单一水浴工况提高了 3.53%；而在弦栅基础上增加喷雾后出口处粉尘质量浓度降至1.250 mg/m3，较单一水浴工况降低了 92.88%，除尘效率达到 99.64%，相比单一水浴工况提高了 4.63%，净化效果大幅提高，说明水浴弦栅水膜复合除尘装置能提高除尘效率。参考文献：1黄中琦.水浴式除尘器的设计及其应用J.环保科技，1995（3）：34-37.2胡满银，赵毅，刘忠.除尘技术M.北京：化学工业出版社，2006.3王荣东，杜海鸥，高耀鹏，等.水浴除尘器对钠气溶胶除尘效率试验研究J.核科学与工程，2012，32（4）：319-325.4SUN J J，LIU B Y H，MCMURRYP H，et al.Amethod to increase control efficiencies of wet scrubbers for submicronparticles and particulate metalsJ.Air&waste，2004，44（2）：184-194.5罗振江，赵杰.凡口铅锌矿新南风井除尘技术改造及其应用J.矿业工程研究，2015，30（1）：26-29.6赵杰，王海桥，陈世强.湿式共振栅阻力特性的实验研究J.黑龙江科技大学学报，2015，25（1）：82-86.7赵杰，王海桥，陈世强，等.矿井风井排风湿式共振栅除尘效率研究J.湖南科技大学学报（自然科学版），2016，31（3）：13-18.8煤炭行业煤炭安全标准化技术委员会粉尘防治及设备分会.MTT 1592019 矿用除尘器通用技术条件S.出版社不详，2019.9国家卫生健康委员会.GBZ 2.12019 工作场所有害因素职业接触限值 第 1 部分：化学有害因素S.北京：中国标准出版社，2019.作者简介：刘益龙（1967），男，江西高安人，高级工程师。通信作者：温智超（1995），男，江西赣州人，硕士，工程师，研究方向为矿井通风与粉尘防治。（编辑：丁琳）（上接第 94 页）通过研究分析可知，电压为 12 V、进给速度为3.5 mm/min、电解液中 NaNO3的体积分数为 8%时，侧面间隙为 0.12 mm，棒间距为 23.42 mm，为最优工艺参数组合，加工时长为 10.9 min。最终加工结果如表 1 所示，试件如图 6 所示。由图 6 可知：试件轮廓成形良好，表面质量好，间隙值为 0.100.13 mm，棒间距满足要求。表 1最终加工结果组别侧面间隙/mm棒间距/mm电流/A10.1222.9916520.1023.0116030.1323.0916840.1123.04162图 6最终加工结果4结论本文对电压和进给速度进行了仿真，确定了参数取值范围。对不锈钢内花键进行电解试验，确定了最优参数为：电压 12 V、进给速度 3.5 mm/min、电解液Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 13 期101（上接第 96 页）范围内多数的交叉口，尚未正式投入使用，调查确认路口通行能力在 2 4305 720 pcu/h 之间，饱和度在0.310.36 之间，服务水平均为 A 级。另外，各交叉口未设置信号灯和禁止货车通行，多数道路两侧无路内停车现象，项目总体交通量较小。项目建成并投运后，人流有所增多，但目前尚未完成慢行道路系统的设计，评价区域内仅存在一条公交线路，位于彭家坪西路，该线路设有 2 个站点，满载率为 50%，交通服务水平较低。在本项目中，研究人员以交通出行特征为依据，利用既有模型对交通量分布进行了预测。测交通分布量时，应先确定现场情况和规划路网，再通过最短路算法确定出行时间。对周边新建项目交通生成量进行预测的结果如下：项目发生量为 1 447 pcu/h，吸引量为 1 185 pcu/h。基于建筑面积、交通生成量和吸引量展开分析，综合考虑项目生成人次和兰州各种业态出行特点可得出以下结论：目标年早高峰小汽车、公共汽车和出租车的合计发生量为427 pcu/h，吸引量为297 pcu/h。随后，将预测的交通量分配至路网上，与背景量进行叠加，则各交叉路口通行能力在 3 4425 720 pcu/h 之间，饱和度在 0.600.73 之间，服务等级均为 C 级。综合考虑当地各种业态的出行特征、项目生成人次、建筑面积、工作日交通生成量和吸引量可知，本项目早高峰轿车、公共汽车和出租车的合计发生量为 427 pcu/h，吸引量为297 pcu/h，由此可见，项目具有可行性。4结论综上，TIA 需要贯穿建筑设施、基础设施建设始终，无论是道路本身、道路附近的项目，还是规模较大的项目，均要对交通影响进行分析与评价，要求有关人员以开发强度、交通情况和行业规定为依据，对评价临界值加以确定。与临界值相对的交通发生量即为阈值交通量，只有先确定阈值交通量，再根据设施特点及交通发生率，对其评价阈值进行明确，才能保证最终所得到结果具有实际意义。由此可见，阈值交通量与 TIA 密切相关，通过阈值交通量分析，可知项目建成后产生的交通影响与城市特点、项目特点等因素相关，应合理选择阈值交通量指标展开评价，确认项目建设是否将导致周围道路、交叉口服务水平下降，以便从交通设施、交通组织等角度提出改善措施，保证居民出行顺畅与安全。掌握阈值交通量内涵和分析方法，能够科学开展交通影响评价工作，确保城市建设活动顺利开展，未来有关人员应加大对阈值交通量的研究力度，对分析、评价方法进行升级，在保证评价结果准确的前提下，最大程度提升工作效率，为后续环节预留更加充足的时间。参考文献：1姚佼，李俊杰，李佳洋，等.车路协同下高速公路突发交通事故的车流引导策略J.物流科技，2022，45（15）：78-82.2徐望喜，钱永久，金聪鹤，等.考虑交通量增长的非平稳荷载效应极值研究J.振动与冲击，2021，40（21）：275-282.3贾兵兵，裴玉龙.高速公路立交转向交通量预测及应用研究J.交通科技与经济，2020，22（6）：49-54.4马庆禄，邹政，刘丰杰.基于行车声音端点检测的交通量统计J.科学技术与工程，2020，20（4）：1676-1683.作者简介：赵瑞玲（1988），女，甘肃定西人，本科，工程师，研究方向为道路交通设计。（编辑：王霞）中 NaNO3的体积分数为 8%。最后得出侧面间隙为0.100.13 mm，棒间距为 22.9923.09 mm，满足棒间距要求。参考文献：1高鹏，王鹏宇.难加工材料加工方法的现状与发展趋势J.中国金属通报，2018（8）：8-9.2姚冶冰，张永俊，刘桂贤，等.电解加工钛合金异型腔薄壁流场仿真分析及实验研究J.电加工与模具，2017（3）：47-51.3TANG L，FAN Z J，ZHAO G G，et al.High aspect ratio deepspiral tube electrochemical machining technologyJ.Procedia cirp，2016，42：407-411.4吴小龙，徐正扬，陈学振.钛合金型腔电解加工流场设计与试验G/第 15 届全国特种加工学术会议论文集（下），南京：中国机械工程学会特种加工分会，2013.5ZHAO J S，WANG F，LIU Z，et al.Flow field design andprocess stability in electrochemical machining of diamondholesJ.Chinese journal of aeronautics，2016，29（6）：1830-1839.作者简介：祁浩东（1993），男，在读研究生，研究方向为特种加工。（编辑：王霞）