【摘要】：在金屬表面加工微織構(gòu)可大幅提高產(chǎn)品性能,如減小摩擦磨損、提高承載力、避免表面粘附等情況,因此該類結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械、航空航天等多個領(lǐng)域。在電化學(xué)射流加工技術(shù)中,由于高壓、高速電解液,工件表面存在水躍現(xiàn)象,在電液束正對的工件周邊雜散腐蝕嚴(yán)重,加工定域性差。因此,為了改善微凹坑的加工質(zhì)量和提高加工效率,本文將氣膜屏蔽微細電解加工方法運用到陣列凹坑加工中,利用同軸輔助氣體約束電解液,使純電解液流場快速過渡到氣液混合流場,達到改善間隙流場特性、屏蔽電場的目的。主要研究內(nèi)容如下:1.基于流體動力學(xué)、多相流理論,采用ANSYS FLUENT對流場進行數(shù)值仿真。根據(jù)氣液體積分數(shù)和速度優(yōu)化噴嘴與工件間距、氣液出口間壁厚、工具電極間距等設(shè)計參數(shù)。同時,為了保證各出口流體流動的一致性,設(shè)計噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu),進行內(nèi)部流場仿真。2.基于線性陣列噴嘴進行可行性實驗研究,利用SEM、三維輪廓儀等測量陣列微凹坑的成形尺寸及表面精度,計算錐度和標(biāo)準(zhǔn)差,對比氣膜屏蔽前后加工的可行性和凹坑尺寸一致性。結(jié)果表明:采用氣膜屏蔽微細電解加工方法,陣列凹坑平均入口直徑減小40%,極差減小67.7%,錐度增加42%,加工精度提高,加工定域性和穩(wěn)定性改善。3.采用脈沖電源進行工藝實驗,探究氣體/液體速度、電壓、進給速度、脈沖寬度等因素對凹坑成形尺寸、精度的影響規(guī)律。結(jié)果顯示:在脈沖周期為12μs,脈沖寬度為6-7μs,電解液流速為5m/s,氣體流速為100m/s,電壓為12V,進給速度為70μm/min時,可以加工出錐度較大、底面質(zhì)量好的陣列微凹坑。4.基于支持向量機理論,在現(xiàn)有實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)下綜合考慮加工效率、加工定域性和凹坑一致性等,利用Matlab等軟件進行全局尋優(yōu),為之后的研究提供理論依據(jù)。論文研究表明氣膜屏蔽微細陣列電解加工可以加工出表面質(zhì)量好、尺寸一致性高的陣列微織構(gòu),可為陣列電解加工等相關(guān)研究領(lǐng)域提供參考,也有助于促進微結(jié)構(gòu)在工程方面的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG662
【圖文】：

1.1 選題背景及意義現(xiàn)代摩擦學(xué)[1-4]、仿生學(xué)[5-6]、和空氣動力學(xué)[7-8]等領(lǐng)域的專家、學(xué)者近些年發(fā)現(xiàn)：自然界中很多動植物的體表存在很多的微結(jié)構(gòu)，它們由大量鱗片或皮下結(jié)締組織構(gòu)成，呈現(xiàn)非光滑表面狀態(tài)。例如，鯊魚體表有許多鱗片和脊鱗，達到減小運動阻力的目的[9]；荷葉表面有很多微小的乳突[10]，使表面呈現(xiàn)疏水性；在貝殼表面排布著凹坑和凸起[9]；壁虎腳掌上有密集分布的微小吸盤[11]。對這些表面做進一步的摩擦性能分析后表明：在一定范圍內(nèi)，表面耐磨性與表面光滑程度呈正相關(guān)，但并非越光滑就越耐磨，具有一定微細結(jié)構(gòu)的非光滑形態(tài)表面有時具有更好的實用性[12-13]；同時，加工有微細孔、凹坑矩陣或微細槽(如圖 1-1 所示)等微結(jié)構(gòu)的表面的耐高溫、耐腐蝕性能也大幅度提高，工件表面的粘附和咬死等現(xiàn)象明顯減少[14-16]。因此，近年來，微細結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，如航空引擎的冷卻空氣管和阻尼襯套、電子顯微鏡的光柵和活塞表面的表面紋理等[17-19]。

圖 1-2 激光微細加工“翻邊”現(xiàn)象[20]工屬于熱熔化、汽化過程，高壓蒸汽使得工件表面的液態(tài)上的熔融物遇冷凝固，形成“翻邊”(圖 1-2)，有時加工表面粗糙度變差。用激光微細加工技術(shù)鈦合金表面加工了凹槽，同時對凹立了對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[21]；Kawasegi等人利用微細激光加尺寸和形狀的微織構(gòu)，并且根據(jù)不同的刀具進行了車削摩擦磨損大幅度減小，使得切削力減小[22]。流加工技術(shù)加工技術(shù)是一種利用高速、高密度的微細磨料流束對工用于制造加工高硬度、高脆性的三維微細結(jié)構(gòu)和微細零23-24]。氣射流微細加工脆性材料具有高效率、低成本的優(yōu)勢，

圖 1-3 掩膜微細電解加工原理圖[31-32]圖 1-4 掩膜微細電解加工群孔[33]航空航天大學(xué)孫毅等基于掩膜微細電解加工理論，探究了電解液種類、電壓等參數(shù)微結(jié)構(gòu)尺寸的影響規(guī)律，在工件上加工了平均直徑為 0.61mm，孔徑方差為 0.0236 的陣列凹坑[31-32]；河南理工大學(xué)的趙晨昊將可導(dǎo)電、易屬和掩膜電解加工技術(shù)相結(jié)合，提出了泡沫陰極掩膜電解加工技術(shù)，加工的微坑陣列[33]。細電解銑削加工技術(shù)電解銑削加工作為電化學(xué)加工方法的一種，主要采用形狀簡單的工具電極式一樣，在工件表面作規(guī)律性的軌跡運動，實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的加工。近幾年，電源被采用，加工精度得到了很大提高，可加工成形尺寸幾十微米甚至幾，如圖 1-5(a)所示為納秒級脈沖電流下電解銑削加工的微槽結(jié)構(gòu)，所用工10μm，其槽寬僅 25μm，加工后工件表面幾乎無雜散腐蝕[34]。

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 朱國征;微細電火花加工微噴陣列孔孔徑一致性及相關(guān)裝置的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 董紹江;基于優(yōu)化支持向量機的空間滾動軸承壽命預(yù)測方法研究[D];重慶大學(xué);2012年

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本文編號：2792485