扫描射流掩膜电解加工微坑阵列试验研究

表面织构在摩擦学、热能交换以及生物医学等许多领域发挥重要作用,其中微坑阵列是常用的表面织构.为了能在金属表面制造出微坑织构,对掩膜电解加工微坑阵列的文献进行了研究与分析,在分析了射流掩膜电解加工技术的基础上,提出使用一种扫描射流掩膜电解加工的方法,利用光刻胶做掩膜,成功地在不锈钢上加工出海量微坑阵列.设计实验,探究了电...     

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。     

多物理场耦合分析下的电解加工环形窄槽数值模拟研究

针对环形窄槽结构电解加工过程工艺试验周期长,型面难以预测的问题,建立掩膜电解加工过程电场、流场、温度场耦合数学模型,利用COMSOL软件对多物理场进行数值模拟仿真,得到加工间隙内电解液电流密度、流速和压力的分布规律,并将加工过程中不同时刻耦合场仿真结果进行对比,得到加工进程中各参数变化规律。研究结果表明,多物理场耦合仿真能够准确模拟实际电解加工过程,实现了工艺参数选取,为实际工艺提供了理论依据,对提高窄槽结构电解加工质量和效率有重要意义。     

阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术

针对难加工金属材料表面阵列非贯穿型微沟槽的高效高质量加工难题,提出一种场域离散脉冲电解加工方法,所加工沟槽具有表面质量好、尺寸微小、槽数多、沟槽前后非贯穿的特点。使用绝缘栅栏隔板作为活动掩模板对各微沟槽加工区进行离散,同时遮蔽非加工区,从而实现流场隔离和非加工区电场屏蔽等效果,有效提高沟槽的加工稳定性、精度和一致性。通过设计专用夹具,对影响加工精度的关键因素进行了单因素工艺实验研究,并利用Comsol Multiphysics软件对电解加工的流场和电场进行了仿真分析。仿真和试验结果显示:场域离散加工方法的流场和电场都比传统的掩膜电解加工、电解转印加工好。成功地在1min内加工出9条宽538.76μm,深25.78μm,过切量为19.38μm的阵列微沟槽,证实了该方法的有效性。采用短加工时间、低脉冲电压幅值、高脉冲频率、小脉冲占空比等工艺参数,有利于提高沟槽的加工精度。通过场域离散电解加工技术,可以实现对非贯穿型微沟槽的高效率、高质量、低成本加工。     

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。     

燃油齿轮泵摩擦副表面微细电解加工工艺研究

为了解决燃油齿轮泵因摩擦副快速磨损导致的工作寿命短问题,该文提出在航空航天用燃油齿轮泵的摩擦副表面,研究采用电解加工制备微坑阵列的工艺方法,利用流体动压效应改善摩擦副的润滑性能.     

基于电场和流场耦合的微坑电解加工数值研究

表面织构技术能够有效降低摩擦副表面摩擦和磨损。以方形微坑电解加工为对象,充分考虑加工中电场与流场相互关系建立了耦合场理论模型,采用数值计算方法得到了耦合场电势分布、电流密度分布和体积分数分布等,探讨了入口压力与出口最大氢气体积分数的影响关系,研究结果可为方形微坑电解加工提供一定的参考。最后开展了方形微坑电解加工实验,得到了方形微坑实验件。     

钛合金内螺旋线电解加工流场仿真及试验研究

机械拉削钛合金内螺旋线存在加工效率低、表面质量差等问题,提出了一种电解加工方法.建立了拉式顺流、拉式逆流两种阴极模型,通过流场仿真发现拉式顺流阴极的流场分布优于拉式逆流阴极.采用拉式顺流阴极,开展了不同倾斜角度的电解液供液孔加工间隙流场仿真研究.仿真结果显示:当倾斜角为40°时,加工间隙流场分布更均匀.最后,采用优化后...     

摩擦副工作表面微坑超声加工方法的研究

表面微坑超声加工方法在汽车、摩托车、拖拉机等产品生产中有广阔的应用前景。提出了摩擦副工作表面微坑超声加工方法，建立了表面微坑超声加工方法的数学模型，给出了储油量的计算公式，设计了表面微坑超声加工装置，对缸套工作表面进行了微坑超声加工实验。     

电解加工过程多物理场耦合仿真及试验研究

针对电解加工过程中复杂、难以预测的问题,建立小孔内扩孔电解加工过程多物理场耦合的数学模型,利用COMSOLMultiphisics软件进行仿真分析,得到加工间隙内的流速分布、电流密度分布和温度分布,并分析了不同加工时间和电压对温度分布的影响。选择合适的工艺参数进行试验,得到了小孔内壁轮廓曲线的实测值,并与耦合多物理场仿真的理论值、未耦合多物理场(仅电场)仿真的理论值进行对比。结果表明,耦合多物理场仿真的理论值与实测值更接近,误差更小,可以准确地模拟实际电解加工过程。     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining

Surfaces with controllable micro structures are significant in fundamental development of superhydrophobicity. However,preparation of superhydrophobic surfaces with array structures on metal substrates is not effective using existing methods. A new method was presented to fabricate super-hydrophobic post arrays on aluminum(Al) substrates using mask electrochemical machining and fluoridation. Electrochemical etching was first applied on Al plates with pre-prepared photoresist arrays to make the post array structures. Surface modification was subsequently applied to reduce the surface energy, followed by interaction with water to realize superhydrophobicity. Simulation and experimental verification were conducted to investigate how machining parameters affect the array structures. Analysis of the water contact angle was implemented to explore the relationship between wettability and micro structures.The results indicate that superhydrophobic surfaces with controllable post structures can be fabricated through this proposed method, producing surfaces with high water static contact angles.     

钛合金加工表面晶体塑性模拟和分析

基于晶体塑性理论对TC4钛合金正交切削加工表面进行了织构的模拟仿真和分析。建立了TC4钛合金切削有限元仿真模型,通过正交切削实验中切屑形态特征和切削力验证了仿真模型的合理性和可靠性。采用所建立的仿真模型提取并分析了钛合金切削加工表面剪切塑性应变和应变率随时间的变化规律,并利用Taylor多晶体模型以及Voce硬化模型对加工表面织构进行了模拟,获得了极图和ODF图。对图像进行分析后结果表明,切削加工表面出现了典型的柱面织构和剪切织构。     

基于响应曲面法的微磨削钛合金表面粗糙度预测分析

微磨削以极高的加工精度和灵活的加工特性在微宏制造领域越来越受到重视。针对钛合金工件的微磨削,运用二次回归正交旋转组合设计方法安排了19组试验,并结合响应曲面法(RSM),分析了微磨削过程中主轴转速、进给速度、磨削深度对表面粗糙度的影响规律。结果表明:在本文的工艺参数范围内,进给速度对微磨削表面粗糙度的影响最大,主轴转速次之,磨削深度影响最小。运用该预测模型,获得了Ra为163nm的磨削表面,为优化微磨削参数和控制表面质量提供依据。     

轴套内表面微结构掩膜电解加工模拟及试验研究

掩膜电解加工是金属基底表面织构化的有效手段,为了实现在轴套内表面阵列微结构的加工,进行了活动掩膜电解加工方法的仿真与试验研究。建立了活动掩膜电解加工有限元计算模型,通过数值计算分析了图形分布均匀性及掩膜厚度影响电流密度分布的规律和机理。结果表明:采用掩膜和阴极一体化的这种特殊电极结构形式,加工非均匀占空比图形时更有利于得到一致的加工深度;通过控制掩膜厚度与图形特征尺寸的关系,可以控制所加工的微结构底部形状。以仿真计算结论为依据进行了掩膜电解试验优化,并采用优化的工艺参数在轴套的内表面加工出了直径为100μm的微坑阵列。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用Johnson- Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律.结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力.表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小.各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小.     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。     

钛合金铣削仿真分析及实验研究

由于良好的综合性能,钛合金被广泛应用,但钛合金加工性能差,刀具易磨损。为了提高钛合金铣削刀具寿命,设计正交实验,运用AdvantEdge FEM软件对TA15钛合金进行了三维铣削仿真,分析了切削温度与铣削参数之间的关系。基于铣削参数-温度图,并结合切屑云图,给出了优化后的铣削参数。铣削实验表明,仿真分析可以优化铣削参数...     

TC4钛合金微孔加工钻削力的仿真与试验研究

通过对TC4钛板上钻削?0.1mm微孔的研究,建立了一种能够精确预测钻头所受钻削力的切削力模型。利用解析法分别将主切削刃和横刃离散成一系列斜角切削单元和直角切削单元;应用Deform软件,并充分考虑微细加工中特有的尺寸效应,模拟出每个单元所受的力;建立切削单元的局部坐标系与整个钻头的整体坐标系,将每个切削单元所受的力转化为整个钻头所受的力,进而求出整个钻头的轴向力与扭矩。通过多组工艺参数的仿真与实验,表明该切削力模型能够比较精确地测出微钻削过程中的钻削力。     

基于ABAQUS的钛合金铣削力的模拟分析

为了研究钛合金在铣削过程中切削力随着切削参数的变化规律,建立了三维斜角切削有限元模型。通过对材料本构模型,刀—屑接触摩擦模型和切屑分离准则等关键环节建模,采用通用有限元求解器ABAQUS/Ex-plicit对钛合金Ti6Al4V的斜角切削过程进行了模拟,获得了切削速度v、切削深度ap和每齿进给量fz对切削力的变化趋势及影响程度。模拟结果表明:切削力随着切削深度ap和每齿进给量fz的增大而增大,而随着切削速度增大切削力波动很小。切削深度对切削力的影响最大,进给量次之,切削速度对切削力的影响最小。该模型可以为切削参数的合理选择提供参考。