1、新疆大学2011硕士论文答辩 管束式换热器内孔表面电化学管束式换热器内孔表面电化学 光整加工的应用基础研究光整加工的应用基础研究 硕士生：平宗保硕士生：平宗保导导 师：阿达依师：阿达依.谢尔亚孜旦（副教授）谢尔亚孜旦（副教授）翟金山（高级工程师）翟金山（高级工程师）时时 间：间：20112011年年5 5月月新疆大学2011硕士论文答辩 本文得到国家自然科学基金（项目编号本文得到国家自然科学基金（项目编号5096501750965017）、）、自治区高校科研计划项目（项目编号自治区高校科研计划项目（项目编号:XJEDU2008106XJEDU2008106）以及新疆大以及新疆大学学博士博士启动
2、启动基金（基金（BS08134BS08134）的）的资资助和支助和支持，在此，深表感持，在此，深表感谢谢 报告提纲报告提纲1 1、选题背景选题背景2 2、研究意义与方法研究意义与方法3 3、电化学光整加工实验及分析电化学光整加工实验及分析 4 4、电化学光整加工在管束式换热器中的应用电化学光整加工在管束式换热器中的应用 5 5、结论结论新疆大学2011硕士论文答辩 选题背景：选题背景：目前换目前换热器存热器存在的主在的主要问题要问题管件内管件内表面积表面积垢垢结果结果换热效率低换热效率低在线工作时间短在线工作时间短堵塞堵塞腐蚀腐蚀主要主要原因原因管件内表管件内表面的表面面的表面质量差质量差提高
3、表提高表面质量面质量方法方法传统的机械传统的机械抛光方法抛光方法非传统的电化非传统的电化学光整方法学光整方法新疆大学2011硕士论文答辩 新疆大学2011硕士论文答辩 传统的传统的机械抛机械抛光方法光方法表面质量提表面质量提高幅度不大高幅度不大结果结果即使表面质量即使表面质量好，但受刀具、好，但受刀具、磨粒等因素影磨粒等因素影响其表面微观响其表面微观轮廓呈尖峰状轮廓呈尖峰状原因原因磨料堵塞磨料堵塞管件内表面烧伤管件内表面烧伤表面质量不均匀表面质量不均匀换热器管件换热器管件内表面易积内表面易积垢垢选题背景：选题背景：电化学电化学光整加光整加工方法工方法结果结果降低粗糙降低粗糙度，改变度，改变管件
4、内表管件内表面微观轮面微观轮廓廓提高了提高了管件内管件内壁的表壁的表面质量面质量提高换热效率提高换热效率延长在线工作延长在线工作时间时间缓解积垢情况缓解积垢情况 研究意义研究意义新疆大学2011硕士论文答辩 为管束式换热器管件内表面的光整加工提供一个切实为管束式换热器管件内表面的光整加工提供一个切实可行的光整加工工艺方案可行的光整加工工艺方案通过实验验证电化学光整工艺的可行性通过实验验证电化学光整工艺的可行性进一步拓展电化学光整加工方法的应用范围进一步拓展电化学光整加工方法的应用范围 研究方法研究方法新疆大学2011硕士论文答辩 从法拉第电解定律及阳极表面微观几何轮廓的变化来从法拉第电解定律及
5、阳极表面微观几何轮廓的变化来入手，对电化学阳极整平机理进行探讨和研究入手，对电化学阳极整平机理进行探讨和研究研究各主要工艺参数对电化学光整加工效果的影响研究各主要工艺参数对电化学光整加工效果的影响对于管束式换热器管件内表面的电化学光整加工确定对于管束式换热器管件内表面的电化学光整加工确定切实可行的的工艺方案切实可行的的工艺方案将确定的工艺方案实际应用到换热器的光整加工中将确定的工艺方案实际应用到换热器的光整加工中研研究究方方法法流流程程图图 平板的电化学光整加工实验平板的电化学光整加工实验新疆大学2011硕士论文答辩 实验目的实验目的：将展成式加工引入到电化学光整加工中，并基于法将展成式加工引
6、入到电化学光整加工中，并基于法拉第电解定律及极间流场分布特性，来深化对电化学光拉第电解定律及极间流场分布特性，来深化对电化学光整加工整平机理的认识整加工整平机理的认识实验条件实验条件：试件阳极：材料为试件阳极：材料为Q235Q235的平板试件的平板试件阴极工具：材料为黄铜，形状分别为直角、圆弧和圆角阴极工具：材料为黄铜，形状分别为直角、圆弧和圆角电电 解解 液：电解质浓度为液：电解质浓度为20%20%的中性盐溶液的中性盐溶液电流强度：电流强度：100100130A130A极间间隙：极间间隙：0.2mm0.2mm新疆大学2011硕士论文答辩 实验原理实验原理：本次实验的实验原理如图所示本次实验的
7、实验原理如图所示1 1电电源源 2 2阴极阴极 3 3阳极阳极 4 4泵泵 5 5电电解液槽解液槽 6 6垫块垫块 7 7电电解液解液实验装置实验装置：本次实验的实验装置如图所示本次实验的实验装置如图所示阴极设计阴极设计：为研究极间流场的分布对电化学光整加工的影响，为研究极间流场的分布对电化学光整加工的影响，故将阴极做成直角、圆弧和圆角三种形状故将阴极做成直角、圆弧和圆角三种形状若阴极两端为直角，其流场分布如图所示若阴极两端为直角，其流场分布如图所示 若阴极工作面为圆弧状，其流场分布如图所示若阴极工作面为圆弧状，其流场分布如图所示 若阴极两端尖角处进行圆角处理设计成喇叭形，若阴极两端尖角处进行
8、圆角处理设计成喇叭形，其流场分布其流场分布如图所示如图所示 实验结果分析实验结果分析新疆大学2011硕士论文答辩 光整加工前工件表面如图所示光整加工前工件表面如图所示两端呈直角的阴极在光整过程中，由于极间间隙中电解液流两端呈直角的阴极在光整过程中，由于极间间隙中电解液流场分布不均匀，使得阳极表面光整质量下降，表面产生麻点场分布不均匀，使得阳极表面光整质量下降，表面产生麻点样的缺陷，如图所示样的缺陷，如图所示圆弧状和两端被圆角化呈喇叭状的阴极在光整过程中，极间圆弧状和两端被圆角化呈喇叭状的阴极在光整过程中，极间间隙中电解液流场分布比较均匀，所得阳极表面的光整效果间隙中电解液流场分布比较均匀，所得
9、阳极表面的光整效果较好，如图所示较好，如图所示新疆大学2011硕士论文答辩 工件阳极表面微观轮廓的变化及影响：工件阳极表面微观轮廓的变化及影响：由于电化学光整加工间隙仅为由于电化学光整加工间隙仅为0.2mm0.2mm，故工件表面尖峰状故工件表面尖峰状微观轮廓会影响微观轮廓会影响电流密度的大小及分布状况，使其凹凸部电流密度的大小及分布状况，使其凹凸部位溶解速度并不一致，从而降低了工件表面的粗糙度，并位溶解速度并不一致，从而降低了工件表面的粗糙度，并使得微观轮廓的尖峰形变为波浪形或高原形，改善了工件使得微观轮廓的尖峰形变为波浪形或高原形，改善了工件的表面质量，其微观轮廓变化过程如图所示的表面质量，
10、其微观轮廓变化过程如图所示新疆大学2011硕士论文答辩 角度变化实验：角度变化实验：实验条件实验条件：工件阳极：工件阳极：3030度角、度角、6060度角和圆弧状的材料为度角和圆弧状的材料为Q235Q235的试件的试件 阴阴 极：铜块极：铜块 电电 解解 液：质量分数为液：质量分数为20%20%的中性盐溶液的中性盐溶液 电流强度：电流强度：100130A100130A 极间间隙：极间间隙：0.2mm0.2mm实验目的实验目的：通过不同角度的试件在电化学光整加工中的变化来通过不同角度的试件在电化学光整加工中的变化来验证尖峰状的微观轮廓比被圆角化的微观轮廓的光整能验证尖峰状的微观轮廓比被圆角化的微
11、观轮廓的光整能力更强力更强新疆大学2011硕士论文答辩 实验原理实验原理：1-1-电电源源 2-2-工件工件阳极阳极 3-3-工具工具阴极阴极 4-4-泵泵 5-5-电电解液池解液池 6-6-垫块垫块 7-7-电电解液解液实验装置实验装置：实验结果分析：实验结果分析：新疆大学2011硕士论文答辩 经精确测量，实验前后三种试件的高度和重量变化如表所示经精确测量，实验前后三种试件的高度和重量变化如表所示实验前后三种试件的尖端形状的变化如下所示：实验前后三种试件的尖端形状的变化如下所示：3030度尖角试件度尖角试件6060度尖角试件度尖角试件圆弧状试件圆弧状试件 新疆大学2011硕士论文答辩 电化学
12、机械复合光整加工原理电化学机械复合光整加工原理：1 1工具工具阴极阴极 2 2工件工件阳极阳极 3 3磨料磨料 4 4磨具磨具 5 5泵泵 6 6电电解液槽解液槽 7 7电电解液解液 8 8过滤网过滤网9 9电电源源新疆大学2011硕士论文答辩 管件电化学光整加工试验管件电化学光整加工试验：实验条件实验条件：实验目的实验目的：通过对单个管件内表面进行的电化学光整加工实验，来通过对单个管件内表面进行的电化学光整加工实验，来对管束式换热器管件内表面的电化学光整加工进行分析对管束式换热器管件内表面的电化学光整加工进行分析和研究和研究 新疆大学2011硕士论文答辩 实验原理：实验原理：1 1泵泵 2
13、2电电解池解池 3 3试试件件 4 4夹夹具具 5 5工具工具阴极阴极6 6机械机械单单元元 7 7电电源源 8 8转动轴转动轴9 9电电机机 1010试验试验台台 1111导轨导轨 1212电电解液解液 1313过滤网过滤网 1414电电解液槽解液槽实验装置：实验装置：新疆大学2011硕士论文答辩 阴极设计及工装方案：阴极设计及工装方案：阴极采用移动式小阴极，可改善极间间隙内的流场和温度场的分阴极采用移动式小阴极，可改善极间间隙内的流场和温度场的分布，同时保证电化学阳极溶解产物顺利排出，机械单元不仅具有布，同时保证电化学阳极溶解产物顺利排出，机械单元不仅具有刮膜和改变阳极表面微观轮廓以提高电
14、化学光整速度和光整效果刮膜和改变阳极表面微观轮廓以提高电化学光整速度和光整效果的作用，而且还具有定位和导向的作用的作用，而且还具有定位和导向的作用1 1驱动驱动杆杆 2 2机械机械单单元元 3 3工具工具阴极阴极 4 4工件工件阳极阳极新疆大学2011硕士论文答辩 工艺参数的影响：工艺参数的影响：电流密度对表面粗糙度的影响电流密度对表面粗糙度的影响：电解液浓度对表面粗糙度的影响电解液浓度对表面粗糙度的影响：加工间隙对表面粗糙度的影响加工间隙对表面粗糙度的影响：新疆大学2011硕士论文答辩 实验结果分析实验结果分析：经测量，光整加工前后，碳钢管管件内表面的粗糙度值由经测量，光整加工前后，碳钢管管
15、件内表面的粗糙度值由3.23.2mm降到降到0.20.2m m，其微观轮廓如图所示其微观轮廓如图所示经电化学光整加工后，以碳钢管为例，下图分别为其原始内表面、经电化学光整加工后，以碳钢管为例，下图分别为其原始内表面、预处理后的内表面以及光整加工后的内表面预处理后的内表面以及光整加工后的内表面受工艺参数调整不当的影响，受工艺参数调整不当的影响，因放电、短路杂散腐蚀等原因放电、短路杂散腐蚀等原因使得阳极和阴极表面受损，因使得阳极和阴极表面受损，如图所示如图所示新疆大学2011硕士论文答辩 电化学在管束式换热器中的应用电化学在管束式换热器中的应用：1 1电电源源 2 2卡卡盘盘 3 3驱动驱动杆杆
16、4,64,6磨磨轮轮 5 5阴极阴极 7 7电电解液池解液池8 8工件工件阳极阳极 9 9过滤网过滤网 1010电电解液解液 1111泵泵换热器中电化学机械复合光整加工示意图换热器中电化学机械复合光整加工示意图 ：因换热器管件较长，需要用多点接线的方法来使得电位和极间电场因换热器管件较长，需要用多点接线的方法来使得电位和极间电场的分布均匀化，而阴极只能从一段接线，因而应在阳极即换热器上的分布均匀化，而阴极只能从一段接线，因而应在阳极即换热器上实行多点接线，如图所示实行多点接线，如图所示新疆大学2011硕士论文答辩 待光整的管束式换热器待光整的管束式换热器：光整中的管束式换热器光整中的管束式换热
17、器：电化学光整加工后的管束式换热器电化学光整加工后的管束式换热器 结论结论新疆大学2011硕士论文答辩 利用电化学光整方法从改善换热器管件内表面质量这一利用电化学光整方法从改善换热器管件内表面质量这一角度出发，来解决换热器积垢问题角度出发，来解决换热器积垢问题 经大量实验和实际应用论证了电化学在管束式换热器管经大量实验和实际应用论证了电化学在管束式换热器管件内表面的光整加工中的可行性件内表面的光整加工中的可行性在阴极设计中，充分利用展成式加工原理并成功的引入在阴极设计中，充分利用展成式加工原理并成功的引入机械单元，极大的提高了电化学光整效率和光整效果机械单元，极大的提高了电化学光整效率和光整效
18、果拓展了电化学光整加工的应用范围拓展了电化学光整加工的应用范围展望展望：电化学光整加工工艺系统是一个相当复杂的系统，要使电化学光整加工工艺系统是一个相当复杂的系统，要使得该工艺变得成熟及完善还需要大量的基础性工艺研究得该工艺变得成熟及完善还需要大量的基础性工艺研究 电化学光整加工已在光整加工的领域内展现出了极大电化学光整加工已在光整加工的领域内展现出了极大的发展潜力，经研究的进一步深入，该技术必将对机的发展潜力，经研究的进一步深入，该技术必将对机械加工制造领域产生深远的影响械加工制造领域产生深远的影响 新疆大学2011硕士论文答辩 新疆大学2011硕士论文答辩 请各位专家、教授批评指正请各位专家、教授批评指正
