低频振动小孔径内壁面微结构电解加工技术研究

发布时间：2017-08-08 00:02

  本文关键词：低频振动小孔径内壁面微结构电解加工技术研究

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【摘要】：随着科学技术的进步,新的研究结果表明,以具有强化表面(表面具有紊流微结构)的冷却管/孔代替普通光滑管/孔,其传热效果可以得到进一步增强。强化表面指在管内壁面加工出一些具有粗糙肋的紊流结构,如肋槽、凹坑或凸台等。实验数据证明,此种形状的传热结构能够大幅度增强换热设备的换热效果,传热效率可比光滑孔提高35%-300%。因此,研究一种高效、低成本、具有竞争力的加工方法来实现小孔径内壁面微结构的微细加工是一项重要的研究课题。微细电解加工是以离子的形式对材料进行去除的,是一种非接触式加工,加工后工件表面无残余应力与再铸层,因此能用于任意材料的金属孔内表面微结构的加工。但目前电解加工小孔径内壁面微结构依然存在加工间隙内电解液更新困难,电解产物及电解热难以有效排除等问题。论文在电解液定常流动基础上增加低频振动,可以使得阴阳极加工间隙内形成扰动流场,从而达到改善加工间隙流场、提高电解产物排出能力的目的。围绕螺旋孔电解加工技术,本文采用数值模拟和实验相结合的方法,主要研究成型电极电解加工方法、低频振动平台的设计、间隙流场流动特性、加工工艺参数以及低频振动对小孔径内壁面加工的影响。论文主要研究工作如下:1、搭建一套利用成型工具电极低频振动电解加工内壁面微结构的平台。2、研制出可提高工具电极使用寿命的工艺方法。通过向光敏树脂中添加15%Si C的方法,控制其固化温度、固化时间,可提高绝缘胶与工具电极结合力,同时改性后的光敏树脂导热性与强度的增强使得工具电极的使用寿命明显提高。3、根据计算流体动力学,采用Fluent分析软件,对低频振动下小孔径内壁面微结构电解加工过程中的流场变化进行了数值模拟,研究螺旋孔电解过程中流体的运动状态,结果表明振动量程、振动速度等加工因素均会影响加工间隙内的流场分布,形成扰动流场。4、小孔径内壁面微结构电解加工工艺实验研究。采用改进工艺制作的工具电极加工螺旋孔,分析低频振动因素对加工稳定性和加工效率的影响规律,结果表明随着振动量程的增加,成型槽的均匀性随之变好,材料去除率也得到大大提高。而振动加速度越大,越有助于材料的去除。但对成型槽轴向肋深的一致性影响变化不大;振动频率越高,电解液更新的越频繁,对于槽的轴向肋深一致性越好,但孔的材料去除效率变小。
【关键词】：电解加工 低频振动 螺旋孔加工 加工精度
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG662
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 微细电解加工技术11-12
• 1.2 小孔径内壁面加工技术研究现状12-19
• 1.2.1 选题背景12-14
• 1.2.2 内壁表面微结构加工技术14-16
• 1.2.3 国内外研究现状16-19
• 1.3 课题来源、研究意义与研究内容19-21
• 1.3.1 课题来源及研究意义19
• 1.3.2 课题研究内容及创新点19-21
• 第2章 电解加工理论及实验装置研制21-35
• 2.1 电解加工的原理21-25
• 2.1.1 电解加工的优势与局限性21-22
• 2.1.2 法拉第定律和电流效率22-24
• 2.1.3 阳极钝化与过钝化24-25
• 2.2 电解加工工艺参数25-27
• 2.2.1 电解液参数25-26
• 2.2.2 电源参数26-27
• 2.2.3 加工间隙27
• 2.3 影响小孔径内壁面结构成型的因素分析27-28
• 2.4 低频振动电解加工实验平台的研制28-33
• 2.4.1 电解区域设计28-29
• 2.4.2 电解液循环系统设计29-30
• 2.4.3 电解加工电源30
• 2.4.4 低频振动实验平台设计30-33
• 2.5 本章小节33-35
• 第3章 高性能工具电极制备工艺研究35-45
• 3.1 光固化技术原理35-36
• 3.2 螺旋工具电极制备36-38
• 3.2.1 金属芯线与光敏树脂的选择36
• 3.2.2 螺旋工具电极制备工艺改进36-38
• 3.2.3 螺旋工具电极绝缘层改进38
• 3.3 螺旋工具电极寿命分析38-43
• 3.3.1 含SiC与不含SiC工具电极寿命对比38-39
• 3.3.2 不同SiC含量工具电极寿命分析研究39-43
• 3.4 本章小节43-45
• 第4章 工具阴极低频振动间隙流场分析45-59
• 4.1 计算机仿真软件fluent介绍45-46
• 4.2 基本流体动力学方程46-47
• 4.3 内螺旋孔电解加工间隙流场分析47-48
• 4.4 螺旋工具电极低频振动加工有限元模型48-49
• 4.5 螺旋工具电极低频振动仿真分析49-57
• 4.5.1 不同振动幅度下工具电极振动流场仿真52-54
• 4.5.2 不同振动速度下工具电极振动流场仿真54-55
• 4.5.3 不同振动加速度下工具电极振动流场仿真55-57
• 4.6 本章小节57-59
• 第5章 低频振动小孔径内壁面微结构电解加工实验研究59-77
• 5.1 低频振动与非振动加工实验对比60-62
• 5.2 低频振动因素实验研究62-75
• 5.2.1 低频振动幅度对加工结果的影响62-66
• 5.2.2 低频振动速度对加工结果的影响66-68
• 5.2.3 低频振动频率对加工结果的影响68-75
• 5.3 低频振动电解加工实验研究结论75
• 5.4 本章小节75-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 本文主要结论77
• 6.2 研究展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果85

【参考文献】

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本文编号：637299