【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,零件加工要求越來越高,加工制造面臨越來越多的挑戰(zhàn),其主要概括為兩方面:一是復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的加工,傳統(tǒng)的加工方法難以加工;二是難加工材料的加工,傳統(tǒng)的加工方法也難以加工或加工效率低。為了適應(yīng)這些加工要求,許多不同的加工方法應(yīng)運而生。然而,同時具有加工金屬難加工材料、金屬基復(fù)合材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的特征的加工方法卻比較少,針對這些加工要求研究、開發(fā)具有新技術(shù)原理的加工方法具有十分重要的意義�；诤蠡旌鲜侥チＩ淞鞯碾娀瘜W(xué)磨粒射流加工技術(shù)是針對金屬難加工材料、金屬基復(fù)合材料而提出的一種精密高效加工方法,該加工方法結(jié)合電化學(xué)射流加工和后混合式磨粒射流加工的優(yōu)點,通過兩種加工方法的相互促進作用,在保證加工質(zhì)量的同時大幅度提高加工效率;并與計算機數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的加工。本文進行了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工關(guān)鍵技術(shù)的研究,研究了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工機理,在此基礎(chǔ)上,建立了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型并進行了流場和電場仿真,研制了后混合式磨粒射流系統(tǒng)和電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工裝置并進行了實驗研究。首先從能量轉(zhuǎn)化的角度,分析了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工的作用機制,分析了高速噴射磨粒形成的機械能與被加工材料所產(chǎn)生的彈性變形能、塑性變形能和表面能之間相互轉(zhuǎn)化機制,研究表明,磨粒的機械能可以有效提高金屬表面的電化學(xué)勢,促進加工過程中的電化學(xué)反應(yīng),從而提高加工效率。在此基礎(chǔ)上,進一步研究了加工過程中不同能場作用的相互耦合機制,研究表明,電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工過程中磨粒的機械作用過程與電化學(xué)作用過程是相互促進;使用鈍化性電解質(zhì)磨�；旌弦哼M行加工時,工件表面會生成一層氧化膜,磨粒的機械作用可以及時去除該層氧化膜而露出基體,促進電化學(xué)加工,與此同時,氧化膜的生成降低了工件表層材料的結(jié)合強度,更易實現(xiàn)工件被加工區(qū)域材料的機械去除,兩者的相互促進作用大幅度提高材料的去除效率;同時,磨粒的機械作用還可以提高電化學(xué)加工過程中材料去除的均一性,提高復(fù)合加工的表面質(zhì)量。在電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工機理基礎(chǔ)上,建立了磨粒射流加工沖擊磨損去除模型,結(jié)合Finnie塑性剪切磨損去除模型建立了磨粒射流加工去除模型,并以SKD11模具鋼為例進行了塑性材料的磨粒射流加工試驗,驗證了磨粒射流加工塑性材料既有沖擊磨損去除也有剪切磨損去除。在磨粒射流加工去除模型基礎(chǔ)上,結(jié)合電化學(xué)射流加工去除模型建立了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型,并以SKD11模具鋼為例進行了鈍化性電解液的復(fù)合加工試驗,驗證了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除率大于磨粒射流加工與電化學(xué)射流加工去除率之和,為電化學(xué)磨粒射流加工的確定性去除奠定了基礎(chǔ)。在電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型的基礎(chǔ)上,對流體噴射流場進行了仿真,得到了不同工藝參數(shù)下流體的徑向速度和軸向速度的分布規(guī)律;對射流加工區(qū)域內(nèi)的電場分布進行了仿真,得到了不同工藝參數(shù)下工件表面電場強度的分布規(guī)律;在射流加工光滑表面的流場和電場基礎(chǔ)上,對電化學(xué)射流加工粗糙表面時加工區(qū)域的流場和電場進行了仿真,得到了加工過程中粗糙工件表面的陽極溶解規(guī)律和鈍化膜分布情況;在電解液流場基礎(chǔ)上,對磨粒電解質(zhì)混合液耦合流場進行了瞬態(tài)仿真,得到了噴射過程中磨粒的分布和運動情況以及射流加工區(qū)磨粒的運動機制。然后,對噴射系統(tǒng)的混合腔流場進行了仿真,得到了混合腔內(nèi)流場分布規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,研制了新型后混合式磨粒射流系統(tǒng),其主要包括供壓系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和攪拌與輸送系統(tǒng),并對該系統(tǒng)的性能進行了測試,驗證了該系統(tǒng)的可行性以及磨粒濃度的精確調(diào)節(jié);基于電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工原理,研制了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工裝置,其主要包括后混合式磨粒射流系統(tǒng)、機床本體與控制系統(tǒng)、電化學(xué)加工系統(tǒng)和輔助裝置,并進行了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工試驗,為后續(xù)的電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工工藝實驗等研究奠定了基礎(chǔ)。最后,在自行研制的電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工實驗裝置上,通過大量的工藝實驗,研究了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工工藝參數(shù),包括電壓、噴射距離、噴射壓力、電解液濃度、磨粒濃度、磨粒種類及粒度等對材料去除率與表面粗糙度的影響,得到了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工的影響規(guī)律及取得較好效果的工藝參數(shù)范圍;進行了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工平面實驗,得到了較好的加工表面,驗證了該加工方法的可行性,該加工方法能夠?qū)崿F(xiàn)金屬難加工材料、金屬基復(fù)合材料的加工,在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG662
【圖文】：

圖 1-1 脈沖電化學(xué)加工[8]Fig.1-1 Pulse electrochemical machining[8]了振動對脈沖電化學(xué)加工的影響，脈沖電 所示。在脈沖電化學(xué)加工過程中，陽極的，振幅是 200μm，所施加的脈沖寬度為

D. B hre 等研究了振動對脈沖電化學(xué)加工的影響，脈沖電化學(xué)加工過程和表面生成示意圖如圖 1-2 所示。在脈沖電化學(xué)加工過程中，陽極的進給是通過陰極工具的機械振動來實現(xiàn)的，振幅是 200μm，所施加的脈沖寬度為 0.1-5ms；很小的加工間隙、陰極工具的振動和短的電流脈沖將導(dǎo)致材料的有效去除，并獲得好的加工表面和復(fù)制精度[12,13]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張學(xué)成;戴一帆;李圣怡;彭小強;;磁射流拋光的射流穩(wěn)定性分析[J];中國機械工程;2008年08期

2 陳雪輝;袁根福;鄭偉;;水射流輔助激光刻蝕Al_2O_3陶瓷的試驗研究[J];中國機械工程;2013年12期

本文編號：2731448