微细槽的电化学铣削加工

为了研究不锈钢微细槽的电化学铣削加工技术,使用微细的、旋转的圆柱电极作为电化学加工的阴极,采用脉冲电压电化学加工技术用类似铣削加工的方法加工微细槽.研究了脉冲宽度对电极和微细槽侧面加工间隙的影响,并对微细槽铣削加工过程中的电场和流场进行了分析.在相同的电压幅值和平均电压条件下,脉冲宽度越大,侧面加工间隙越大.电场和流场分析表明,微细槽的侧面加工间隙和侧面倾斜度随着脉冲宽度的减小以及进给速度的增加而减小.当脉冲宽度小于工件表面双电层充电时间常数时,采用钝化电解液能够减小电化学杂散腐蚀和微细槽的侧面倾斜度.当脉冲宽度为0.4μs、进给速度为24μm/min时,微细槽的侧面倾斜度很小,侧面加工间隙达到10μm.实验结果表明,采用超短脉冲电化学铣削加工方法和合适的电解液,能够提高微细槽的加工精度.     

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。     

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．     

304不锈钢侧面电解机械复合抛光的试验研究

将电解加工与机械研磨相结合,利用两种工艺的加工优势提高抛光加工的效率和质量,用以解决难加工材料侧面的光整加工问题.针对自主设计的复合电极和喷液装置,通过正交试验分析得到了最佳工艺参数组合,即:加工电压为12V,进给速度为10mm/min,电极转速为140r/min,冲液流量为0.4L/min.经过分阶段复合抛光加工,工件表面由原始粗糙度2.76μm降到了0.17μm,达到了抛光效果.     

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.     

双相Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电解加工表面 微观形貌演变研究

针对各向异性合金材料电解加工过程中,加工表面形貌难以控制的问题,利用位置函数建立双相Ti-48Al-2Cr-2Nb合金微观材料模型,进而建立电解加工仿真微观物理模型,分析加工表面微观形貌随宏观工艺参数演变的规律。研究结果表明：电解液流速在14.7~23.4 m/s、进给速度在1.7~2.3 mm/min范围内,随着电解液流速和进给速度的增加,加工表面粗糙度Ry越低;当加工电压为21 V、进给速度为2.3 mm/min、电解液流速为23.4 m/s时,加工表面最光洁,Ry值达最小,为0.677 μm。从微观形貌演变仿真可以看出,获得最光洁加工表面经历了先粗化后抛光的过程。     

钛合金超声椭圆振动辅助车削实验研究

设计钛合金超声椭圆振动辅助车削实验,获得不同超声波电源电压下刀具近似椭圆运动轨迹。分析超声椭圆振动辅助车削切削力变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削能在较大程度上降低切削力。研究超声椭圆振动辅助车削工件表面粗糙度变化规律,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削工件表面粗度Ra值略增大,Rz值明显降低。分析进给速度对切削力的影响规律,随进给速度增大,普通车削及超声椭圆振动辅助车削切削力均升高。对同一进给速度,与普通车削相比超声椭圆振动辅助车削切削力均降低,且随进给速度增加其降低幅度减小。对比超声椭圆振动辅助车削与普通车削工件表面形貌发现,施加超声椭圆振动后工件表面沿切削速度方向形成有规律振纹。     

超粗糙氧化锆复合陶瓷磁性剪切增稠光整加工特性

针对超粗糙表面氧化锆陶瓷材料的光整问题,配置磁性剪切增稠光整加工介质,利用设计的磁场发生装置,在主轴转速900 r/min、X轴进给速度10000 mm/min和加工间隙0.7 mm的实验参数下,探究不同磨粒和磨粒粒径对氧化锆陶瓷件加工的影响规律.对250μm绿碳化硅的磁性剪切增稠光整介质进行加工时,工件表面粗糙度值能在180 min内降低38％.10μm立方氮化硼配置的磁性剪切增稠光整介质,能使工件表面粗糙度值在210 min内降低41％.在磨粒粒径相同的条件下,随着磨粒硬度的提高,加工效率增大.在磨粒质量分数相同的条件下,磨粒粒径越小,获取的最终表面粗糙度值越小.观测结果表明,对比未加工表面,加工后的表面变得光滑,材料去除肉眼可见,验证了所提出方法的有效性.     

虚拟五轴侧铣加工过程建模与仿真分析

提出一种面向五轴侧铣加工的球头刀几何与力学模型,利用该综合模型可对复杂曲面加工进行几何仿真与切削力预测,对加工过程进行速度规划．切削工件几何模型采用深度元素法,通过与刀具模型之间的布尔操作实现材料去除过程,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息．采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大潜能值内．整个规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,研究工作为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具．双叶片五轴侧铣加工仿真实验表明,在满足叶片精度条件下,采用优化进给速度可使零件加工效率提高约40%．     

电化学射流加工的电场仿真及实验研究

首先建立电化学射流加工去除模型,并基于电解液喷射流场建立三维电场仿真模型,采用ANSYS进行三维电场仿真,得到工件阳极表面的电场强度分布规律。研究表明,电压和喷射距离对电化学射流加工速度的影响很大,喷射角度、喷嘴直径和喷射压力对电化学射流加工的速度影响较小,电解液浓度(电导率)对电化学射流加工的电场强度没有影响,但对电化学射流加工的电流密度影响很大,电解液浓度对电化学射流加工速度的影响很大。然后进行不同工艺参数下电化学射流加工材料去除率实验,结果表明电压、喷射距离和电解液浓度对材料去除率的影响很大,与电场仿真结果一致。最后以SKD11模具钢为例进行NaNO3和NaCl电解液的电化学射流加工的表面形貌观察,结果表明,采用NaCl电解液的电化学加工后工件表面存在"微裂纹";而采用NaNO3电解液的电化学加工后工件表面不存在"微裂纹",加工过程中工件表面有Cr析出,加工区域氧化膜厚度是不均匀的。