本文關鍵詞：電解加工過程的多場耦合仿真研究

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【摘要】：電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學陽極溶解而對工件加工成型的一種加工方法。在加工過程中,工具與工件始終保持非接觸狀態(tài),加工時不存在表面內應力,因此工件加工變形小,工具無損耗；工件材料以離子狀態(tài)蝕除,因此成型工件表面質量好,無冷作硬化層、無加工紋路；加工材料廣泛,成型周期短,對復雜形狀、難加工材料亦可高速加工。盡管電解加工具有很多優(yōu)點同樣也存在些許不足如雜散腐蝕嚴重、準備周期長等都大大限制了電解加工的進一步發(fā)展。隨著科技的發(fā)展,利用有限元、邊界元等在計算機中對電解加工過程進行數(shù)值模擬的形式越來越受到重視。利用仿真模擬可以設計電解加工形式,優(yōu)化實驗參數(shù),既縮短了電解加工的準備周期,又經(jīng)濟、高效的提高了加工質量,因此對電解加工過程的仿真模擬是非常有必要的。電解加工是一個復雜的多場耦合作用過程,涉及到電場、流場、氣泡、電化學極化、溫度等多種因素的共同作用,因此如何準確全面的模擬這個多場耦合過程,成了電解加工仿真模擬中的一個難題。本文借助COMSOL軟件,對電解加工過程進行了系統(tǒng)全面的研究,提出一種多場耦合模型來完成電解加工過程的仿真模擬,并通過實驗驗證了該模型的準確性,具體研究內容如下：(1)首先利用任意拉格朗日-歐拉法(ALE)和重新劃分網(wǎng)格的方法完成了三維模型下工件成型的動態(tài)模擬,該方法可以準確表達工件的動態(tài)成型且可提取任意時刻下的表面信息如位置坐標等。(2)完成了加工間隙內電場、電化學極化和濃差極化的模擬即電流的一、二、三次分布。二次電流分布中所用到的極化曲線由電化學工作站測得,實驗數(shù)據(jù)的處理由MATLAB完成。通過對比發(fā)現(xiàn),電流密度隨著從一次到三次的模擬,分布趨于平緩,這主要是由極化電阻造成的,因此相同時間下模擬出的工件成型深度為遞減趨勢。(3)為進一步完善模型,完成了流場、溫度場、電流效率和脈沖電源作用下的工件成型動態(tài)模擬。流場為氣液兩相流,加工過程中產生的氫氣導致氣泡率的變化,變化了的氣泡率使得電導率分布不均,進而影響工件蝕除量。受對流擴散影響,加工區(qū)域內的溫度場呈不均勻分布,使得工件表面的蝕除速度不同,因此溫度場的研究對于提高加工質量也是非常重要的。電流效率和脈沖作用的模擬使得仿真模型更加接近實際生產,對不同頻率、占空比下的脈沖信號進行工件成型模擬,發(fā)現(xiàn)占空比越小,頻率越高工件成型質量越好,這與實際生產完全吻合。(4)為了驗證多場耦合模型的準確性,進行了實驗與仿真對比。這里選用管電極電解加工實驗,在自行研制的電解加工機床上完成。從整體成型效果到具體參數(shù)如槽寬,外輪廓曲率半徑等的對比中發(fā)現(xiàn),本文所提出的仿真模型能較準確的模擬實際加工,因此該模型可用于電解加工的開發(fā)和優(yōu)化中。利用該模型進行了陰極有無掩膜的仿真模擬,掩膜作用下工件成型質量較高且掩膜厚度對成型影響作用不大,因此在保證掩膜的情況下應盡量降低掩膜厚度。
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ151

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本文編號：1301860