镍基高温合金喷射液束电解-激光复合加工试验研究

针对镍基高温合金材料激光打孔存在再铸层的缺陷,创新提出了喷射液束电解-激光复合加工方法.基于该加工原理的分析以及激光在电解液中的衰减特性研究,研制了试验系统,并对镍基高温合金GH3044薄片进行了打孔工艺试验.结果表明:应用液压1.5MPa、浓度18%的NaNO2电解液的喷射液束电解-激光复合加工可去除再铸层90%以上.试验证实了喷射液束电解-激光复合加工工艺切实可行,有望在航空发动机叶片气膜孔加工中得到应用.     

激光电解复合加工电解液循环控制系统研究

为解决金属材料微结构的高精度、高效率和高质量的微细加工问题,提出了一种激光电解复合加工新方法.分析了激光电解复合加工电解液流体的冷却效应以及气液两相流的影响原理.设计了基于激光电解复合加工的电解液循环控制系统,分析了控制系统原理,搭建了控制系统硬件结构,并对其软件系统进行详细设计.系统通过柱塞液压泵和电动调节阀对电解液增压并控制其流量,通过温度传感器和离子选择电极检测数据,实时控制电动调节阀、加热器等元件的启闭,实现电解液循环控制系统的自动控制.     

铝合金电解加工工艺特性实验研究

对铝合金电解加工工艺特性进行基础实验研究.通过分析影响电解加工平衡间隙的因素,利用正交试验对加工电压、电解液温度及工件进给速度对平衡间隙的影响进行了研究.实验表明:加工电压与工件进给速度的影响较大.并同时利用实验对电解加工中的重要参数平衡状态下的实际体积电化当量ηω进行了计算.     

PMMA造孔剂对固体氧化物电解池制氢性能的影响

针对目前常规高温固体氧化物电解池(SOEC)阴极材料水蒸气扩散阻力大、极化能量损失高和稳定性差的不足, 本研究采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)造孔剂对SOEC阴极材料进行了微观结构调整和优化, 以提高其电解过程制氢性能和耐候性. 实验结果表明: 采用PMMA造孔剂可以显著降低水蒸气的扩散阻力, 提高SOEC的电解效率和制氢性能. 当PMMA的添加量为10wt%时, 阴极材料的孔隙率高达45%, 孔形规整圆形, 分布均匀, 孔径约为10 um. 微观结构改进后, 阴极的电导率为6726 S/cm, 运行稳定, 具有较高的机械强度. 当电解温度为850℃, 电压1.3V时, 与采用淀粉造孔剂的SOEC相比, 采用PMMA造孔剂的SOEC在运行过程中水蒸气扩散阻抗降低50%, 产氢率提高50%.     

采用疏水材料侧壁绝缘电极的微细电解加工实验

微细电解加工中工具电极和工件之间的加工间隙是影响加工效果的核心因素.工具电极侧壁施加绝缘膜的工艺方法,可显著改变侧面加工间隙内的电场分布,提高加工精度,同时保持原有的加工效率,有着良好的应用前景.本文基于仿真方法,分析了绝缘膜对端面加工间隙和侧面加工间隙的影响规律,研究了绝缘膜疏水性质对电解加工中产生的氢气泡运动的吸附作用对微细电解加工的影响.在直径为数十到数百微米的钨丝侧壁制备出可用于微细电解加工的几微米厚的硅胶疏水材料侧壁绝缘薄膜.在硝酸钠电解液中,实现了不锈钢材料上将微气泡附着于电极前端与绝缘膜结合处、保护绝缘膜和约束杂散腐蚀的微细电解端面分层扫描加工效果.     

铟电解精炼提纯方法的研究

研究了铟电解精炼提纯的方法及工艺。为了提高铟电解提纯的效果,建议使用电解液循环通过高纯铟柱的总体电解工艺流程。通过研究电解液组成及酸度、电流密度等关键参数对电解提纯的影响,得出铟电解精炼提纯的关键参数为:硫酸体系电解液,成分为100g/L硫酸铟+70～100g/L氯化钠+0.5g/L明胶;电解液的酸度控制在pH=2～2.5;设计电解槽的同极距为40～50mm;阴极板用钛板;控制电解过程中的电流密度在35～65A/m2之间;电解过程中,电解液循环通过高纯铟柱,达到电解过程中净化铟电解液的效果,显著提高铟电解精炼提纯的效果。     

阴极侧壁绝缘对微孔电化学加工精度的影响

在微孔电化学加工中,阴极侧壁区域的工件阳极溶解极易导致加工锥度的产生.为了提高阳极溶解的定域性,采用阴极侧壁绝缘电极进行微孔电化学加工的实验研究.采用直径80～100μm的侧壁绝缘阴极,在0.5mm厚度的不锈钢板（1Cr18Ni9Ti）上加工出一系列微孔.结果表明,阴极侧壁绝缘可以很好地减少加工锥度,从而提高微孔电化学加工精度.此外,减小脉冲宽度及加工电流密度、降低电解液浓度也有益于加工精度的改善.     

双阳膜电解法再生钠碱法脱硫吸收液的研究

将双层阳离子交换膜做隔膜应用到电解再生钠碱脱硫法循环吸收液中,探讨了膜电解过程的作用机理,以及不同条件下再生系统的运行效果.结果表明:双阳膜应用到电解过程中具有经济性和推广价值.pH值可以作为膜电解系统再生液的考察指标,在膜电解过程中,阴极室电解液的pH值升高表明吸收液已达到再生;中间室电解液的pH值下降,表明NaHSO3从电解液中得以分离,当pH接近2时吸收液可用于SO2的解吸.电流密度显著影响着电流效率和电解电耗两个指标.电流效率随电流密度的增大而上升,但电解电耗则相应降低,因此在低电流密度低电压的运行条件下,膜电解过程具有较低的电耗和较高的电解效率.     

超细镍粉电解制备工艺研究

用循环电解实验装置对超细镍粉的电解制备工艺进行了研究,探讨了温度,Ni^2 ,Cl^-浓度,pH值,阳极电流密度ic对阴极电流效率的影响,采用NiCl2 NH4Cl电解液,镍为阳极,不锈钢为阴极,t为65℃,ic为2．5A／cm^2的实验条件稳定地获得平均粒径为1．5μm,球状镍粉产物,阴极电流效率为65％。     

基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测

根据微细电解加工中工具电极下端面面积远小于工件表面的非对称特征,在水基中性盐钝性电解液侧流冲入和金属电极处于钝化状态的条件下,提出了一种基于双电层电容的微细电解加工间隙的在线检测方法．在微细工具电极和／或工件上不外加传感器的前提下,利用工具电彬溶液界面上双电层电容值随加工间隙增大而单调递增的变化关系,精确、快速地实现加工间隙的在线检测．在冲液速度为1．058m／s的条件下,当加工间隙在O．100μm时,可在数毫秒内在线检测出微细电解加工间隙的大小,数值仿真与实验测量值之间的最大相对误差小于10％．为实现高精度、高质量、稳定的微细电解加工提供必要条件．     

基于VERICUT的炮管膛线电解加工阴极建模和数控仿真研究

渐速膛线电解加工的阴极需要通过实验反复修正,试验难度大,研制周期长。根据加工对象的几何参数和弹道方程建立数学模型,在Pro/E中建立阴极工作齿、炮管毛坯的几何模型并导入VERICUT,在VERICUT中设置机床参数和数控系统,添加刀具的轨迹G代码,进行加工过程的仿真,检验设计的阴极齿形状是否合理以及确定加工过程中出现的过切或欠切情况,优化阴极。研究表明,在电解加工阴极设计中采用VERICUT是一条可行的途径。     

气膜孔视觉测量系统的设计与搭建

为了重建高压涡轮导向叶片气膜孔的三维形貌特征,基于机器视觉原理,设计并搭建了非接触式的气膜孔四轴视觉测量系统。该系统主要由三坐标测量机框架、高精度回转台、叶片专用夹具和图像采集装置构成,将视觉测量技术和三坐标测量技术结合起来以应对气膜孔的检测问题。为了获取气膜孔的三维形貌数据,提出了应用景深合成技术进行孔壁三维形貌重建的方法,并通过实验进行了重建方法的验证。在实验过程中,应用该测量系统对某个高压涡轮导向叶片上的气膜孔特征进行了测量实验,获取了孔深范围内的对焦图像序列,而后对其进行了景深合成与深度信息转化,最终实现了该气膜孔的孔壁形貌的三维重建与显示,并实现了向三维点云数据的转化,充分说明了所搭建的气膜孔视觉测量系统的有效性。     

Investigation of cryogenic cooling effect in reaming Ti-6AL-4V alloy

This research article is based mainly on the investigation of the effect of cryogenic machining, while reaming Titanium grade 5 alloy (Ti-6Al-4V) material. Cutting speed (V_c) and feed rate (f) are two input parameters at three different levels for a constant depth of the hole. The output parameters considered by using a cryogenic LN₂ cooling compared to a conventional flood cooling are torque (M_t), thrust force (F_t), cutting temperature (T), quality of the hole (circularity and cylindricity), surface roughness (R_a) and chip morphology. The results show cryogenic liquid nitrogen (LN₂) cooling resulting in 15–31% reduction in the cutting temperature, 23–57% reduction in the thrust force and 14–65% reduction in torque. Higher surface roughness, circularity (Cir) and cylindricity (Cyl) were observed in the cryogenic LN₂ cooling condition. Furthermore, better chip breakability was observed in the cryogenic LN₂ cooling condition. No drastic change in the microstructure was observed in both flood and cryogenic LN₂ cooling. Increase in microhardness by 10–16% and 8–19% in cryogenic LN₂ cooling over flood cooling was observed.     

Characteristics of array holes with large aspect ratio in aluminum-based cast alloy

Array holes were obtained by machining methods or nontraditional machining methods, and casting process was rarely used in the preparation of array holes. In this experiment, stainless steel thin rods coated with alcohol group graphite paint were chosen as cores to prepare array holes on aluminum-based cast alloys, and the roughness and roundness of holes were analyzed. The results show that array holes cast with 2?mm pitch of holes, 0.54?mm diameters, and large aspect ratio of 100 were obtained. The roundness and roughness of holes were influenced by consumption of carbon element from surface of hole core and wettability between molten metal and hole core surface; the lower roughness and the better roundness could be acquired under these experimental conditions. And roughness of holes (R_a) was about 6.3?µm, which is close to that obtained by machining, and the value of hole shape factor (K, characterizing the roundness of the hole) was above 0.7; the shape of the hole approached a circular shape.     

基于多功能加工平台的微细电解加工

电解加工在加工过程中因难以控制加工形状而很少应用在微细加工领域,为了对微细电解加工可行性进行探索,设计了多功能微细加工平台,利用多功能微细加工平台可为微细电解加工在线制作电极,采用低加工电压、低浓度的钝化电解液、高频窄脉冲电源和高速旋转的微细电极,进行了微细电解加工实验,取得了很好的工艺效果,加工间隙是影响加工精度的关键因素,设计了一个加工间隙控制伺服系统,以保证微小的加工间隙,在厚为100μm的不锈钢薄片上用微细电解打孔加工出直径为65μm的微小孔,利用微细电解加工时电极无损耗,提出采用简单圆柱微细电极进行微细电解铣削,加工出较高精度的微结构,取得了较好的工艺效果,从而验证了该微细电解加工装置的微细加工能力和方法的可行性。     

Study of tool trajectory in blisk channel ECM with spiral feeding

Electrochemical machining (ECM) plays an important role in blisk manufacturing. There are two steps in blisk ECM: machining of channels and precise shaping of blade profiles. In channel machining, channels are machined in the workpiece with allowance left to the following process. Therefore, the main aim of channel machining with ECM is to improve the allowance distribution. With this aim, a new ECM method for blisk channels, spiral feeding ECM, is developed in which the cathode feeds from blade tip to hub along with rotation motion around its axis. Through this combined motion, twisted channels are produced in the workpiece. The relationship between feed position and rotation angle is presented in the form of a mathematical model. Experiments with a feed rate of 1 mm/min confirm that spiral feeding ECM is feasible and efficient. Compared with radial ECM, the allowance differences in blank back and blank basin decrease by 32.7% and 33.6%, respectively. The surface roughnesses Ra in blank back, blank basin, and hub are 0.358, 0.308, and 0.102 µm, respectively. Thus, the allowance distribution is improved to be more uniform considerably and the surface quality is relatively high.     

冷却空气流向对CFRP制孔刀具磨损及孔质量的影响

在加工碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）时多用冷却工艺来提升加工质量。其中,空气冷却工艺因其方便性被广泛用于实际加工中。然而,目前尚缺少空气冷却方向对刀具磨损和加工质量的研究。文章通过控制冷却空气的方向,开展了干式切削、正向喷气和逆向吸气冷却条件下钻削CFRP材料的研究。获得了上述冷却条件对双顶角刀具第二主切削刃末端磨损的影响规律,发现气体冷却都能有效抑制刀具磨损,且在对出口温度影响相近的条件下,逆向冷却比正向冷却能够更好地抑制磨损。进而分析了冷却条件对钻削出口损伤的抑制效果,发现冷却、冷却方式对孔出口撕裂深度的抑制作用都较小,但逆向吸气冷却能够有效减小出口的毛刺高度,是一种有效提高制孔质量的冷却工艺。      

膛线电解加工独立工作齿阴极设计

为解决固定式阴极加工大口径深线槽变缠角膛线出现初始段和变缠角段膛线加宽,产生阳线“塌壁”的问题,采用将工作齿作为分立元件与阴极体做成既有联系又存在相对运动的结构,对阴极结构进行立体几何建模,设计工作齿、导流系统和驱动系统．在阴极体受拉杆牵引作轴向进给和径向运动的同时,由嵌入阴极体内的微电机按程序驱动独立工作齿,按照弹道方程改变,时刻保持与缠角一致.采用此结构可实现阴极齿的高精度切削加工．     

基于标准阴极特性的面齿轮阴极设计方法

目的 解决电解加工过程中,简单曲面阴极设计方法不能保证面齿轮加工精度的问题。方法 利用标准阴极进行正交试验,得出钢制面齿轮的最优电解工艺参数。利用该工艺参数对阴极重新设计,加工试件,根据试件的测量结果对原始阴极进行修形,得出最终阴极形状。结果 通过对正交试验数据进行处理,得出钢制面齿轮的最优电解工艺参数为K=20, U=10 V, v=0.6 mm/min;根据试件的误差测量结果,推导出最优修形数为0.4602。结论 此阴极设计方法所设计的阴极能保证面齿轮的加工精度,而且能够加工出IT7级精度制件,同时为复杂型面的高精度电解加工方案提供了一种可行的阴极设计方法。     

芳纶纤维增强树脂复合材料液氮冷却钻孔试验

芳纶纤维增强树脂（AFRP）复合材料是一种公认的难加工材料,加工中极易出现毛刺、烧蚀等缺陷,目前缺乏对其有效的加工工艺方法。为提高其加工质量,研究了液氮作为冷却介质的AFRP复合材料钻孔试验。在相同切削参数下进行了干式切削和超低温加工对比试验,测量了切削过程中的轴向切削力和孔临近区域的温度,并计算了孔的进出口毛刺面积和分层因子,分析了AFRP复合材料缺陷的成因,探讨了不同加工条件下缺陷的变化规律。结果表明:与干式切削相比,采用液氮超低温冷却加工的切削力升高了约15.2%,切削温度降低了约141.6℃,毛刺面积减少了约24.7%,因切削热产生的烧蚀现象得到抑制,明显改善了AFRP复合材料的加工质量。