铝合金薄壁身管膛线高效精密电解加工关键技术研究

作     者：葛星晨 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐霖;戴克亮

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铝合金 电解加工 身管膛线 高效精密 工艺试验 

摘      要：铝合金因其质轻、强度好、比硬度大、耐腐蚀的特性在航空航天、医疗器械、军事武器等方面获得应用。为实现武器轻量化,发挥现代单兵武器装备机动灵活性能,铝合金材料在身管轻武器装备中具有广阔的应用前景。然而,现有薄壁身管膛线进行加工具有容易变型、生产效率低、生产表面质量差、安全性不高等缺陷,不能适应现实生产需要。本文提出采用电解加工实现铝合金薄壁身管膛线的高效精密加工方法,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。论文在分析国内外研究现状的基础上,针对铝合金在电解加工阳极溶解中表面易形成钝化层,加工效率低,表面质量差,成形精度差的问题,探究了铝合金电解加工阳极溶解规律,基于点蚀形成机制,开展了极化曲线测量试验,获得了铝合金电解加工电解液参数。进行了阴极结构设计及间隙流场仿真,并优化了阴极供液孔排布。开展了单因素试验和正交试验,得出了一组最优工艺参数。实现了铝合金薄壁身管膛线的高效精密电解加工。首先,探究了铝合金阳极溶解规律,分析了铝合金阳极溶解点蚀形成机理以及抑制点蚀的方法,并对不同种类、不同浓度和不同温度下的电解液铝合金阳极极化曲线进行分析,获得了在10%Na Cl+9%Na NO复合电解液中,电解液温度为30℃时钝化区稳定,过钝化区上升平滑,且上升速度明显加快,电流密度明显变高,加工效率相对提高,加工质量达到较好。其次,针对不同的电解液流动方向会产生不同的流场效果,本文分别采用拉式顺流阴极结构和拉式逆流阴极结构,通过对不同阴极结构的间隙流场模拟仿真分析,发现拉式顺流阴极结构的流场分布更均匀。并对拉式顺流供液孔排布角度进行了优化,当供液孔倾角为40°时电解液压力较大,流场分布更均匀,能及时分解加工产物和温度。最后,开展了单因素影响试验,分别研究加工电压、加工电流、电解液流量对工件成形精度和表面质量的影响,得出工艺参数的大致取值范围;然后开展了铝合金身管膛线正交试验,得出一组最优的加工工艺参数。当电压达到7.5V,电流达到1850A,流量达到6.0L/h,电解液由10%Na Cl+9%Na NO组成,电解液的温度达到30℃,入口压力达到1.2MPa,阴极采用拉式顺流阴极,供液孔的排列角度达到40°,阴极的进给速度达到100mm/min时,开展铝合金薄壁身管膛线电解加工试验,所加工的样件表面粗糙度为Ra0.741μm,成形精度值为0.035mm。