控制浅小孔电解加工深度的研究

小孔法测量近表面残余应力具有可靠性高、测量深度较大等优势,然而机械加工方法如钻削、铣削在加工小孔时易引入附加应力,影响近表面残余应力的测量精度与测量结果。由于电解加工具有加工过程无应力作用、加工材料适用性广等优点,采用电解加工方法加工小孔进行近表面残余应力测量具有显著优势。针对小孔法测量近表面残余应力对小孔加工深度的精确要求,以纯铁材料为研究对象探究了电解加工技术调控小孔加工深度的方法。通过实验研究了纯铁-电解液体系的电化学特性,优选了电解液成分及其配比。基于法拉第第一定律,采用恒电流电解加工方法,分析了不同加工时间下的电流效率,修正了电解加工小孔深度与电解加工持续时间之间的关系,实现了调控小孔加工深度的要求。     

壁槽电极雾化烧蚀成形加工工艺

为解决放电雾化烧蚀成形加工盲型孔过程中出现的烧蚀颗粒大、排屑难、加工不稳定问题,制作了中空铜管与正方形紫铜块相结合的成形电极,分别对无壁槽电极和壁槽电极的极间流场及颗粒质量浓度分布进行了仿真分析与比较,基于极间流场仿真结果进行了雾化烧蚀对比实验,并对两种电极加工工件表面形貌进行了对比分析。实验结果表明：当槽宽为1 mm、倾斜角为60°时,烧蚀效率最高。在相同加工条件下进行雾化烧蚀加工时,与无壁槽电极相比,壁槽电极的蚀除速率提高了15.7%,壁槽电极的电极相对损耗率增大了6.2%。壁槽电极加工时的表面质量比无壁槽电极加工时的表面质量高。实验结果验证了仿真结果的正确性。     

管电极电解加工工艺过程稳定性研究

为提高管电极电解加工的稳定性,对管电极电解加工的极间流场进行建模仿真,分析底面流场分布与加工稳定性的关系。仿真所得到的底面压强分布变化规律表明,侧面间隙、底面间隙以及电解液流速均对底面流场分布有重大影响,从而影响管电极电解加工的过程稳定性。结合仿真分析,通过对影响加工稳定性的主要工艺参数,如绝缘层的涂覆厚度、工具进给速度、电解液供液压力进行优化,减少深小孔加工中火花、短路等现象的发生。采用优化的参数,利用群电极成功加工出深宽比为2的7×7小孔阵列,加工过程稳定,孔径均匀。     

管电极电解加工铝合金非均匀残余应力的测量研究

设计了一种可以精确控制制孔深度的管电极电解加工制孔的装置，采用逐层钻孔的方法测量铝合金沿深度方向的残余应力。以2B06铝合金为研究对象，采用质量分数为5%的NaCl溶液作为电解液，通过试验得到最优的电解加工参数组合为：管电极的进给速度2.5mm/min,初始加工间隙2.0mm,恒电流0.5A。采用5层钻孔法，制孔的步进深度为0.05mm,利用应变仪采用机械钻孔法测量了不同层深的残余应力，并与电解法测量的残余应力进行对比，平均差值接近15%。使用XRD衍射仪结合剥层法测量了铝合金残余应力，以衍射法的测量结果为基准，电解法测量的相对误差接近10%,机械法误差较大。验证了管电极电解加工的小孔法测量残余应力的可行性。     

旋转超声电解复合加工小孔的仿真加工

为研究旋转超声电解复合加工小孔的成型过程,进行了旋转超声电解复合加工小孔试验,得到了不同加工时间孔的截面,并根据试验参数,进行了基于ANSYS的二维仿真加工和三维仿真加工。对小孔的入口直径、底面直径和加工深度进行了对比分析,结果表明由于三维仿真加工中采用了管电极,并考虑了电解加工中阴极超声高频振动对电解液电导率的影响,故其仿真结果更加接近试验值,间接证明了旋转超声电解复合加工小孔三维仿真加工的可靠性,展示了不同时刻的三维加工型腔,为旋转超声电解复合加工的成型过程和成型规律的研究提供了参考。     

抽吸电极电解加工微小孔加工工艺研究

航空发动机中的微小孔电解加工的入口杂散腐蚀影响着零部件的疲劳强度,针对电解加工微小孔时入口形貌不理想的难题,利用抽吸电极电解加工方法,有效降低了高温合金上微小孔入口的杂散腐蚀。通过多物理场耦合模型分析了电解加工过程中的电场、流场分布情况和轮廓成型过程,与相同参数下管电极电解加工对比,同时研究加工过程中的供给流量与抽吸压力的大小对入口形貌的影响,并优化了仿真参数,进而指导加工工艺。仿真与试验结果表明：采用合适的抽吸电极结构和加工工艺参数,电解加工的入口杂散腐蚀区域可明显减小甚至消失,可以有效提高加工定域性;在其他参数不变的情况下,采用1.5 mL/min的供给流量、27 mL/min的回收流量时,加工过程稳定无短路,获得的入口形貌无杂散腐蚀。研究结果对进一步了解抽吸电极电解加工的原理以及提高高温合金小孔加工质量均具有重要意义。     

不同工作液的电火花小孔间隙流场仿真及实验验证

现有电火花小孔加工工艺加工过程中存在工件材料去除率低,相对电极损耗大的问题。为克服以上问题,尝试以一定浓度的有机磷酸类分散剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)溶液作为电火花小孔加工工作液,分析得到新的工作液能有效减小加工碎屑的大小等作用机理。使用FULENT对不同工作液的电火花小孔加工间隙流场进行仿真,从而可以进一步研究新工作对电火花小孔加工的作用和机理,之后通过大量加工实验对仿真结果进行验证。通过仿真和实验的结果,证实了新型工作液对电火花小孔加工的作用和机理,为新工作液的应用提供了理论基础。     

螺旋电极电火花小孔加工排屑仿真和试验

在电火花小孔加工中,排屑困难一直是困扰加工速度的一个重要问题。通过对工具电极改进,用螺旋电极进行电火花小孔加工,使其改变加工过程中间隙流场的流动状态以及电蚀产物的受力,达到增强小孔加工过程中的排屑能力,进而提高加工速度的目的。利用Gambit软件建立仿真模型,应用Fluent对小孔加工过程中排屑进行仿真,对其压力场和速度场进行分析,研究其加工机理。在D703F高速电火花小孔加工机床上进行了试验研究,结果表明螺旋电极电火花小孔加工速度最大提高了20%。     

高转速螺旋电极微细电解钻削加工仿真及试验研究

航空发动机镍基合金叶片上的深小孔加工一直是航空制造业中难以解决的问题。介绍了一种用于深小孔加工的微细电解高效钻孔工艺。为了研究微细电解钻削加工过程中高转速螺旋微电极对深小孔加工精度和加工效率的影响规律,对加工间隙流场进行了仿真研究。仿真结果表明,一定转速下在电极表面所形成的绝缘气膜,可以极大减小甚至消除孔壁的二次电解作用,大幅提高加工精度;同时,加工区外的新鲜电解液因负压作用被强行压入加工间隙内,强化传质作用明显,可显著提高加工效率。最后,试验验证了以上仿真结论的正确性,表明微细电解高效钻削加工工艺在深小孔加工方面有着巨大的发展潜力和广泛的应用前景。     

微细电解加工用中空电极的制备

为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新,提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性,优化了电极长度,并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序,制备出加工段内径为65μm、外径为130μm、长3.25mm左右,后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时,其出口流速可达10m/s左右。利用制备的中空电极,开展微细孔电解加工实验,在0.5mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157μm,出口孔径约为133μm的微细孔,并将其延伸应用于微结构加工中,铣削出了长554μm、宽160μm、深224μm的微细T型槽。实验结果表明:制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性,且连/导通可靠、装夹方便,适用于高深宽比微结构的电解加工。