不同电解液及电解时间下表面形貌对45钢减磨性的影响

为提高材料表面耐磨性，探究不同电化学加工参数所生成的表面形貌对材料摩擦学性能的影响。对45钢试件进行电化学试验，研究试件在不同电解液中电解时间对凹坑形貌的影响，以及表面形貌对45钢试件在干摩擦和乏油润滑条件下摩擦性能的影响。结果表明：电解加工后试件表面变得较为光滑，且出现了随机分布的圆形凹坑，圆坑的分布密度随着电解加工时间的增加而增加；在2种摩擦条件下，试件的磨损体积变化趋势一致，均随着电解时间的增加先减小然后逐步增大；使用质量分数15%氯化铵为电解液时，表面凹坑半径随着电解时间的增加而增加，但试件过长的电解时间将导致表面质量变差。从试验得到的磨损体积与摩擦因数可知，凹坑直径范围在50～80μm、深度范围在5～10μm为最佳试验组，在干摩擦与乏油润滑条件下，相比未电解处理的45钢试件，磨损体积分别下降了13%和14%。在20%氯化钠与10%次氯酸钠的混合电解溶液下，电解时间180 s获得最优的45钢试件，相比未电解处理的45钢试件磨损体积降低了33%。     

毛细管电极电液束加工微小凹坑试验研究

降低发动机的机械损失一直是研究热点。在摩擦副表面加工微坑,作为改善摩擦副表面摩擦学特性,提高润滑耐磨性能的方法已引起了研究者的重视。笔者提出了采用非金属毛细管作为管电极进行电液束加工微小凹坑的工艺方法。对加工过程的电流密度分布进行了有限元分析,并试验研究了电压、电解液浓度、加工时间、加工间隙和电解液压力对凹坑直径和深度的影响,对加工参数进行了优化选择,得到了形状规则、直径80μm,深度25μm左右的微小凹坑。并进行摩擦性能试验,结果表明采用该工艺在摩擦副表面加工微坑阵列可有效提高其耐磨性。     

电解转印法加工凹坑阵列结构试验研究

为得到降低摩擦副表面磨损所需的微小凹坑阵列结构,提出电解转印法加工凹坑阵列的工艺方法。对电解转印法加工过程进行有限元仿真,分析光刻胶膜厚度对凹坑尺寸和形状的影响。用光刻的方法制作尺寸均一,单个孔径为100μm的阴极平板。进行微细电解加工试验,试验分析脉冲电源频率和脉冲占空比对加工结果的影响。结果表明,采用电解转印法加工微小凹坑阵列结构,可以获得平均直径为200μm,深度10μm的凹坑阵列。     

厚镍板的微细电解线切割加工技术研究

采用超短脉冲电流技术进行微细电解线切割加工,脉冲电压是决定所能加工厚度的关键因素之一,提高超短脉冲电压可以在有效抑制杂散腐蚀的同时切割加工厚度比较大的工件。构建了线电级往复运丝的微细电解线切割试验系统;工件为800μm的镍板,线电极为直径10μm的钨丝;采用正交试验研究了脉冲电压、脉冲宽度、脉冲周期和电解液浓度对加工精度的影响;选用实际最优参数在厚800μm的镍板上切割加工出了宽度约为35μm的悬臂梁结构。     

微坑阵列掩膜电解加工试验研究微坑阵列掩膜电解加工试验研究

为了解决机械零件表面织构的加工问题,并充分利用电解加工的优势,本文基于COMSOL Multiphisics软件进行了微坑阵列掩膜电解加工过程的仿真分析,开展了电解加工零件表面微织构的工艺试验研究,得到了具有微米级别直径与深度的表面阵列微坑,总结了普通直流加工电压与加工时间、脉冲电流加工频率与占空比、不同掩膜孔直径对微坑加工的工艺规律。试验结果表明:在加工时间12 s,脉冲电压12 V,占空比30%,脉冲频率3 000 Hz,掩膜孔径200μm的参数下,能得出表面质量最优的微坑。     

百微米级微流道模具掩膜电解加工试验

为在304不锈钢上加工出符合技术要求的百微米级微流道图案,减小掩膜电解加工的杂散腐蚀现象,利用间隙可调的电解装置进行了系列试验研究。基于法拉第电解定律和静电场数学模型,应用Comsol软件静电场和动网格模块,模拟得到微流道沟槽的成型规律,并为电流密度、电解液浓度和加工时间的参数选取提供依据。通过实验,研究了微流道沟槽的几何形貌及杂散腐蚀程度的影响因素,进而优化了微流道沟槽的形状并提高了尺寸精度。试验结果表明:电流密度是影响杂散腐蚀的主要参数,采用9A/cm~2电流密度时杂散腐蚀小,侧向腐蚀系数EF为3.77;组合各参数,可以电解加工出平均尺寸为498.48μm,208.92μm的微流道沟槽,深度方向加工速度可达83.57μm/min,侧壁垂直且表面平整,将模具宽度和深度控制在(500±10)μm、(200±10)μm之间。满足微流道模具的技术要求。     

喷射液束电解辅助激光加工工艺规律研究

喷射液束电解辅助激光加工是一项新型复合加工方法,将电解加工与激光加工进行复合,在加工过程中,激光束与电解液束同轴共同作用于材料表面,激光对材料的热效应和喷射电解液束对材料的电化学阳极溶解作用共同去除材料,可实现无再铸层、无微裂纹的加工效果.针对该方法,基于加工原理的分析,以加工孔锥度和材料去除率为加工质量指标,研究了激光脉冲能量、电解加工电压和加工间隙对加工质量的影响.研究结果表明,激光脉冲能量对材料去除率的影响占据主导作用;激光脉冲能量和电解加工电压的增加都会导致加工孔锥度的增大;缩短加工间隙可以提高材料去除率,但会增加加工孔入口的锥度.     

电解液中Na2CO3/C6H12O6对AZ31镁合金阳极氧化膜结构与耐腐蚀性能的影响

在添加不同含量Na2CO3和C6H12O6的NaOH-Na2SiO3-Na2B4O7基础电解液中,对AZ31镁合金进行直流阳极氧化处理,研究了镁合金阳极氧化膜的微观结构以及在中性盐雾中的耐腐蚀性能。结果表明:镁合金阳极氧化膜主要由MgO相和Mg2SiO4相组成;电解液中添加Na2CO3和C6H12O6后,阳极氧化膜表面微孔分布均匀且尺寸减小,阳极氧化膜厚度增加;当Na2CO3质量浓度由10g·L^-1增加到30g·L^-1时,微孔尺寸增大,氧化膜厚度减小;当C6H12O6质量浓度由5g·L^-1增加到15g·L^-1时,微孔尺寸减小,阳极氧化膜厚度增加;镁合金阳极氧化膜的主要腐蚀形式为点蚀,呈河流状花样分布;电解液中添加10g·L^-1 Na2CO3时,阳极氧化膜表面微孔最细小,孔径为1~3μm,阳极氧化膜厚度达16μm,阳极氧化膜具有较好的耐腐蚀性能。     

电极丝前置式射流电解加工铣削微槽试验研究

射流电解加工广泛应用在航天、军工、汽车、电子等制造领域,多用来进行工件表面微结构的加工,是一种高效低成本的方法。电极丝前置式射流电解加工利用液束中的电极丝将电场集中约束在主要加工区域,相比于传统射流电解有着更高的加工效率和质量。通过搭建试验平台并在不锈钢工件表面进行微槽铣削试验,验证了该方法的实际加工效果,初步得到了电压、电极丝直径、单次进给量等参数对加工结果影响的工艺规律。当选用直径100μm侧壁绝缘的电极丝时,扫描5次可以得到槽宽最小为400μm,槽深120μm的直槽。试验结果表明,电压和加工间隙影响电流密度的大小,主要决定了加工效率和质量,而电极丝和液束的状态则决定了特征的精度和形貌。     

环形丝单向运丝电解线切割加工技术试验研究

为了解决加工间隙内电解加工产物的排除问题,在分析电解线切割加工特点的基础上,采用环形镀锌黄铜丝作为阴极,在电机的驱动下,使环形丝的运动方向与重力方向保持一致, 从而便于带出加工区的电解产物;在搭建的加工系统上进行了正交试验,研究加工电压、进给速度、电解液浓度及环形丝单向运丝速度对加工间隙的影响。最后采用优化的加工参数加工出缝宽为250μm、深宽比达20的五角星结构。     

纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试验

根据电化学反应原理,探讨纳秒脉冲电化学加工的特点及其实现微细加工的机理.建立纳秒脉冲微细电化学加工的理论模型,并分析电解液浓度、加工间隙、脉冲参数和加工电压等因素对微细电解加工的影响作用.构建微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分.试验研究了超短脉冲的电压幅值和脉冲宽度对侧面加工间隙的影响,结果表明减小脉冲宽度和降低加工电压可以提高微细电解加工的精度.在自制的微细电化学机床上,实现工具电极和工件微结构的连续加工.将加工间隙控制在5 μm以内,加工出中间有20 μm×30 μm×30 μm棱台的微型腔和30 μm槽宽的十字形孔,分析加工起始点对成形精度的影响,并提出解决方法.试验证明纳秒脉冲微细电解加工可以很好地满足微机电系统(Micro electromechanical system,MEMS)微器件的加工要求.     

基于聚合氯化铝电解液的锆合金阵列微孔掩模射流电解加工试验研究

锆具有优异的综合性能,在航空航天、医药和化工等领域具有广阔的应用前景。然而,用现有的加工方法对其进行微细加工时,具有刀具磨损严重、加工效率低、加工质量差等缺点。微细电化学加工在金属微结构制造方面具有独特的优势。提出一种新型聚氯化铝溶液(PAC)作为电解液,利用掩模射流电解加工在锆合金(Zr702)表面进行阵列微孔加工。研究了Zr702在不同质量分数聚氯化铝溶液中的溶解特性。通过试验研究了电解液压强、射流扫描速度和脉冲电压等主要加工参数对加工性能的影响,并通过正交试验进行参数优化,加工出了平均直径为163.20μm,平均深度为85.49μm,深径比为0.524,侧蚀系数为2.055,形貌精度较好的阵列微孔。     

混气电解加工探讨

电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解反应而去除工件上多余的材料、将零件加工成形的一种方法。电解加工的加工精度不仅与加工间隙有关,还与机床、工艺装备、工具阴极、工件、工艺参数等诸多因素有关,通常采用混气电解加工、脉冲电解加工、小间隙电解加工和改进电解液等措施提高加工精度。其中混气电解加工是将具有一定压力的气体与电解液按一定比例混合在一起,然后将这种混合物加入到工件的加工间隙中去进行电解加工的一种方法。混气电解加工可以缩小加工间隙,提高电解加工的加工精度和复制精度,但混气电解加工的微观不平度和不直度还不理想。从气液混合比、混气电解加工的特性以及混气电解加工的工艺三个方面对混气电解加工的原理进行一定的探讨,希望摸索一种提高电解加工精度的方法。     

整体叶盘叶栅通道电解加工流场仿真研究

电解加工是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,加工间隙内电解液流动的均匀性是影响加工稳定性和表面粗糙度的核心因素。针对叶栅通道电解加工,对比分析电解液侧流式下的正向流动与反向流动加工间隙内流场状态,通过数值仿真对比分析可知,正流方式下加工间隙内电解液流速较高,流场均匀性较好,故正流方式有利于叶栅通道电解加工。开展了电解液正流电解加工试验,结果表明,采用正流方式进行叶栅通道电解加工,轮毂粗糙度可达0.316μm,叶盆、叶背余量重复误差分别为0.096 mm,0.103 mm,为下一步叶片型面精加工提供了良好的条件。     

超声振动辅助模板电解加工微凹坑方法研究

针对微细电解加工表面微织构加工精度较差等问题,提出超声振动辅助模板电解加工方法。制备具有通孔结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)绝缘模板,设计制作超声振动变幅杆结构;进行超声振动辅助模板电解加工仿真分析,开展微凹坑加工试验研究。在加工电压为12 V和加工时间为12 s条件下,辅助以纵向超声波振动频率为28 kHz及超声振幅为7μm时有：绝缘模板作用下加工的微凹坑深度为10.4μm,直径为116μm;无绝缘模板作用下加工的微凹坑深度为9.7μm,直径为126μm;无超声振动时绝缘模板作用下加工的微凹坑深度为4.1μm,直径为114μm。     

微孔气流加压对ITO玻璃激光刻蚀平面度的影响

针对ITO玻璃表面线路激光刻蚀中因定位问题玻璃工件产生的微变形,采用微孔陶瓷对工件进行微气流阵列加压,确保高精度的激光刻蚀加工。分析不同加工工艺下的微气流压力分布,探究气流压力和刻蚀间隙对ITO玻璃刻蚀表面平面度的作用机制。结果表明：经微孔气流加压后,工件在气体流动的区域受到正压力,加工区域的压力分布较为均匀。由此可知,工件表面受到均布气压有利于刻蚀表面的定位,但过大的压力会导致工件微变形。实验结果显示：在合适的压力下,微孔气流加压可使得平面度低至8μm,当压力在0.16～0.2 kPa,刻蚀间隙在1.8～1.9 mm时,工件表面压力为13.2～14.4 Pa,此时平面度最好,微米尺度的刻蚀线路清晰,不产生破损。最后,对微孔气流加压的ITO玻璃进行激光刻蚀加工,可得到8μm以及25μm的表面微细线路,解决了通常无微孔气流加压的刻蚀工艺导致局部断点或变形线路引起产品短路或开路等问题。     

基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真

针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题,引入Euler Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电场和温度场相关模型,分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律;通过调整加工电压、入口压力和出口压力,对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化。仿真结果表明：在流速相同的条件下,减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布,使阳极表面电流密度分布更加均匀。实验结果表明：仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合;采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高。     

基于多场耦合的电解加工腐蚀模拟

为掌握电解加工过程中多物理场耦合机制,利用湍流气泡流模型对电解加工对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电化学相关模型,分析了初始状态及不同时刻下的电流密度和工具阴极、工件阳极表面气泡率的分布规律.仿真结果表明:间隙两端的杂散电场和阴极表面析出的氢气会使加工间隙内的电流密度分布不均匀,从而影响工件的腐蚀成型.此次研究...     

数控电解加工机床的能耗研究

为了降低数控电解加工机床的能耗问题,分析数控电解加工机床能耗模型,在保证加工效率和加工精度的前提下,以电解加工平面为例,开展不同加工间隙控制状态、不同加工电压、不同电导率工作状态下的对比试验,结果表明:机床在自动控制加工间隙,电压为12 V,电解液电导率为0.115Ω~(-1)·cm~(-1)时进行加工,能耗得到有效降低,表面粗糙度Ra=0.8’m,为机床能耗控制提供了有效方案。     

回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究

针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。