激光打孔热影响区的电解蚀除工艺基础研究

发布时间：2017-10-21 14:51

  本文关键词：激光打孔热影响区的电解蚀除工艺基础研究

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【摘要】：微小结构的孔加工是目前制造业研究的热点,尤其在现代航空发动机的制造方面,需要数量众多的气膜冷却孔来对其热端部件进行强制冷却。激光打孔因其高效性等综合经济的优势逐渐成为气膜孔的主要加工方式。但是由于激光打孔属于非接触的热物理过程,在加工过程中会出现重铸层、微裂纹等质量缺陷,极大影响了加工后零件的使用安全性和可靠性。因此亟待需要提高激光打孔的表面质量。本文首先通过对激光打孔产生的重铸层、热影响区等形成过程进行深入分析,采用电解加工来对激光孔进行后处理,以消除激光打孔质量缺陷。针对电化学反应过程,建立阳极表面的双电层模型,探讨阳极表面蚀除速度与电极电位、充电时间的相互关系,为了减少电解过程中孔入口表面的杂散腐蚀现象的出现,提出了在阳极入口表面增加辅助阳极,并通过提供电位差避免杂散腐蚀的方法,利用数值仿真软件对电解蚀除激光打孔热影响区的电场分布进行分析,验证方法原理的正确性。其次搭建了电解蚀除激光打孔热影响区试验系统,采用FPGA作为脉冲发生器,利用功率场效应晶体管作为开关元件,通过稳压、隔离驱动放大单元的设计,实现了频率1M-5MHz和占空比可调的纳秒脉冲波形的输出。又针对电解射流装置进行了设计,比较了两种不同水腔结构模型,为获得稳定的液束工作长度提供准备。最后进行了电解蚀除激光打孔热影响区的工艺试验研究,分析了电解电压、脉冲频率等工艺参数对于电解蚀除效果的影响,得到了孔表面重铸层、锥度与工艺参数的变化规律,设计正交试验综合考虑各工艺参数对于电解蚀除效果影响的显著性,得到了合适的工艺参数范围。初步探究了不同酸碱性电解液对于蚀除激光打孔热影响区的影响关系。比较发现酸性电解液更有助于激光打孔热影响区的电解蚀除。
【关键词】：电解蚀除 热影响区 辅助阳极 脉冲电源
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外相关领域研究现状分析10-17
• 1.2.1 激光打孔后处理方式的研究现状10-12
• 1.2.2 电解加工国内外研究分析12-15
• 1.2.3 激光与电解复合加工技术15-16
• 1.2.4 国内外相关研究现状综述16-17
• 1.3 课题主要研究内容17-18
• 第2章 电解蚀除激光打孔热影响区理论分析与模型建立18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 激光打孔重铸层与热影响区的形成机理18-20
• 2.3 电解加工过程与模型建立20-29
• 2.3.1 电极反应过程20-22
• 2.3.2 界面电容模型与电极电位22-24
• 2.3.3 电解蚀除模型建立与仿真24-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 电解蚀除激光打孔热影响区试验系统研制30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 高频脉冲电源研制30-38
• 3.2.1 高频脉冲电源总体构成30-31
• 3.2.2 脉冲发生单元31-35
• 3.2.3 光耦隔离与驱动放大单元35-36
• 3.2.4 功率放大单元36-38
• 3.3 电解射流装置设计38-42
• 3.3.1 电解射流装置设计要求38-39
• 3.3.2 电解射流装置流场仿真39-42
• 3.4 高压供液系统与试验平台42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 电解蚀除激光打孔热影响区试验研究44-58
• 4.1 引言44
• 4.2 电解蚀除激光打孔热影响区电路搭建44-46
• 4.3 电解蚀除激光打孔热影响区的单因素试验研究46-51
• 4.3.1 电解电压对于电解蚀除效果的影响46-47
• 4.3.2 脉冲频率对于电解蚀除效果的影响47-48
• 4.3.3 占空比对于电解蚀除效果的影响48-49
• 4.3.4 电位差对于电解蚀除效果的影响49-50
• 4.3.5 电解时间对于电解蚀除效果的影响50-51
• 4.4 电解蚀除激光打孔热影响区正交试验51-54
• 4.5 不同酸碱性电解液对于蚀除激光打孔热影响区的影响54-57
• 4.6 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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本文编号：1073968