回转体表面掩膜微细电解加工有限元分析及试验研究

发布时间：2025-02-05 14:46

　　 针对在回转体零件表面加工微织构的难题,文中建立了回转体表面微细电解加工的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件进行了仿真求解。设计了掩膜电解加工专用夹具和电解液系统,优化了电解液的流道结构,在较低加工电压和较短加工时间的条件下,开展了工艺试验。通过对比分析微坑深度的仿真值和测量值,验证了加工过程多物理场耦合仿真模型的准确性,得到了形状精度高、均匀排布的直径为φ200μm的微坑阵列,为在回转体表面加工微织构提供了一种合理有效的方法。

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【部分图文】：

图1 加工过程原理示意图

基于掩膜的回转体表面微细电解加工过程原理如图1所示。工件表面涂覆感光蓝油，显影后由专用夹具固定，按一定路径喷射电解液，配合高速旋转的黄铜套筒，使电解液充分分布在阴、阳极之间的加工间隙内，电流集中到未被感光蓝油保护的加工区域，发生电化学反应，从而腐蚀、去除阳极材料。根据上述加工过程....

图2 加工过程的仿真几何模型

根据上述加工过程原理，建立单个微坑电解加工过程的几何模型，提取仿真区域如图2所示。其中，Ω区域内充满电解液，1,2,4,5为感光蓝膜边界，6和8分别为电解液入口和出口，7为工件阴极边界，3为工件阳极边界，需要精确仿真计算，以反映微坑型面轮廓曲线的变化。1.2电场模型

图3 加工电压12 V时不同加工时间下电势分布图

以加工电压12V为例，不同加工时间下的电势分布图如图3所示。由图3可知，在电解加工过程中，工具阴极和工件阳极之间的加工间隙内存在明显的电场变化，电势差接近12V，在未被感光蓝油覆盖的区域存在着明显的蚀刻现象。

图4 加工电压12 V时不同加工时间下微坑形貌轮廓曲线

根据加工过程模型求解所得的单个微坑轮廓曲线如图4所示。由图4可知，在加工电压不变的情况下，随着加工时间的不断增大，阳极工件表面材料的电化学腐蚀时间增长，微坑深度不断增加；由于相同电压下加工时间的增大对于仿真模型中电绝缘区域影响较小，所以微坑直径变化不明显。

本文编号：4030003