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椭圆形活塞销孔展开面电解加工规律研究
| 论文题名： | 椭圆形活塞销孔展开面电解加工规律研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;锻钢活塞;椭圆孔;电解加工;仿形曲面电解加工 |
| 摘要： | 国Ⅵ排放标准的执行，使作为发动机核心零部件之一的活塞，承受着日趋严峻的机械及热负荷。“喇叭口+椭圆”的销孔形状可有效降低应力集中，是提高销座承载力的有效手段。锻钢活塞材质硬、销座结构特殊，导致机械加工过程中切削轨迹不连续，易引起刀具颤振和磨损，影响了加工精度与生产效率，而非接触的电化学加工方法是避免上述缺陷的有效途径。由于已有科研工作者对“喇叭口”形状电化学成形规律进行了探索，本论文将重点对“椭圆”销孔截面形状进行研究，为最终“椭圆+喇叭口”销孔形状的精密成形提供基础。为便于研究变间隙条件下椭圆成形的基本规律，本文提出了将阴极椭圆曲面展开为直角坐标系中正弦曲面形式的研究方案，而电极厚度即为销孔长度，通过调节固定式阴极相对被加工平面之间的距离改变初始加工间隙。论文通过理论分析、数值模拟及试验研究，提出并验证了标准椭圆孔展开面电解加工的关键技术，可为后续使用成形阴极完成椭圆形活塞销孔扩孔工艺提供研究方向。主要研究内容为: 首先本文分别采用动电位扫描及阻抗-频率扫描的方法，进行工件材料38MnVS6在不同浓度NaNO3电解液中的极化测试与电化学阻抗谱分析，研究了38MnVS6的电化学溶解特性，为初步合理选择电解液浓度范围提供参考，并且搭建了仿形曲面电解加工试验系统。 在数值仿真模拟方面，本文建立标准椭圆孔展开面阴极仿真模型，基于COMSOL Multiphysics仿真软件，对仿形曲面电解加工电场分布规律进行探索，并通过阳极表面轮廓瞬态变化对理论阴极曲面型线进行预测，初步确定了以椭圆度G=0.04mm的标准椭圆孔展开面作为阴极仿形曲面的方案，为阴极的初步设计提供依据。基于ANSYSWorkbench仿真平台，研究仿形曲面电解加工间隙流域内电解液压力及流速分布，通过优化电解液入口压力保证间隙流域内电解液满足最低流速要求，以达到均匀流场的目的。在数值仿真模拟的基础上完成了仿形曲面电解加工初步阴极的设计与制作，并针对固定式阴极电解加工特点设计了合理的阴极专用夹具。 利用仿形曲面电解加工试验系统，通过单因素试验探究了电解液浓度、加工电压、电解液压力以及初始加工间隙对仿形曲面电解加工成形规律的影响，并通过四因素四水平正交试验，获得了以电解液浓度百分比为14％，加工电压为4.5V，电解液压力为0.25MPa，初始加工间隙为0.15mm的相对最佳工艺参数组合。采用基于加工误差补偿的方式完成阴极修正，加工出表面粗糙度小于Ra0.8μm的阳极型面，其成形精度较修正前提高了1.2μm，证明了研究方案的可行性。 |
| 作者： | 师硕珍 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 翟鹏;秦磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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