磁场复合电解微加工电参数对铣削参数的影响

发布时间：2020-08-06 13:43

【摘要】：随着微纳米技术的快速发展,镍基合金、钛合金等难加工金属材料微小结构在航空、航天、军工、精密仪器等行业应用越来越广泛,传统切削加工技术和部分特种技术难以胜任。微细电解加工技术是一种利用电化学阳极溶解原理并以离子态形式去除工件多余材料的加工技术,在难加工金属材料微小结构的成形加工方面具有独特的优势和广阔的应用前景。但目前该技术的加工定域性和加工精度不高,本文将外加磁场引入到微细电解加工技术中,利用磁场会对溶液中的带电离子产生洛仑兹力的作用进而影响溶液中的带电离子运动过程,以提高微细电解加工定域性以及加工精度,并重点研究了电参数对铣削参数的影响,主要研究工作如下:(1)将磁场复合到微细电解加工中,并从电流密度、氢气气泡运动轨迹、溶液对流传质过程等三方面进行了理论分析,并利用仿真软件对电流密度、传质过程进行仿真分析,结果表明:外加磁场增大了电流密度、增强了溶液的传质过程。(2)针对电参数对铣削参数的影响,从理论和实验两方面展开了研究。在研究过程中结合法拉第定律、微积分、电子电路等相关理论,通过分析电极过程、双电层结构,建立了加工间隙模型,获得了电参数与铣削参数之间的映射关系模型,并通过试验验证了模型的有效性。(3)为了将电参数对铣削参数的影响规律应用于实际加工过程,根据功能需求,利用Visual Basic编程语言以及MySQL数据库等工具开发了一套可以解决电参数对铣削参数的匹配问题的软件系统。(4)以3J21材料为例,采用参数匹配软件匹配加工参数,利用磁场复合微细电解加工技术开展了综合验证实验。加工出了宽度为101μm,深度为15.5μm的微槽结构,该微结构中的30°、90°、135°拐角处轮廓明显清晰,尺寸符合设计要求。结果表明了磁场可以提高加工定域性、验证了所开发的软件系统的有效性以及正确性。本研究为促进微细电解铣削加工技术在难加工金属材料微小结构的成形加工方面的应用奠定了基础,对复合微细电解加工技术的理论基础的完善以及在难加工金属材料微小结构加工方面的推广应用具有意义。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG662
【图文】：

螺旋电极

西安工业大学硕士学位论文过程时，采用 Mixture 多相流以及 k-ε 湍流模型并应用流体仿真分析软件 Fluent 对电解加工成形尺寸预测与控制问题进行了理论研究，并利用部分电极绝缘的加工方式制备了螺旋形的工具电极用于深小孔的加工实验，其制备的螺旋形工具电极如图 1.1 所示。南京航空航天大学的谢岩甫[16]提出了一种端面绝缘的工具电极制备方法并利用该方法制备出了用于实验研究的端面绝缘微细工具电极，实验结果表明端面绝缘的微细工具电极在电解加工的过程中可以有效减小杂散腐蚀，提高定域性。清华大学的李勇[17]采用了绝缘处理的工具电极进行微型悬臂梁的加工实验，其加工结果如图 1.2 所示。山东大学的李名鸿等[18]研究了高回转精度柱状电极加工模型，确立了加工电压、浸液深度和电极转速之间的函数关系，并加工出了直径为 100μm 左右且同轴误差度较小的工具电极，并用于实验研究中。如图 1.3 所示。台湾学者 Hung 等[19]对碳化钨工具的浸铝绝缘工艺进行了研究，制备了表面含有氧化铝的绝缘电极并采用 NaCl 电解液进行电解加工实验研究，实验结果表明对工具电极进行侧面绝缘处理可以有效减小电解过程中的杂散腐蚀、改善加工质量。

悬臂梁,工具电极

西安工业大学硕士学位论文南京航空航天大学的王昆等人[28]采用了类似超声振动的方法使电极产生振动运动，使电极间隙的电解液流场得到了改善，加工过程中的稳定性得以提高，并利用极小直径的工具电极加工出了如图 1.8 所示的窄缝[29]。张朝阳等人[30]采用直径为 10μm 的金属钨丝电极在镍基合金属薄片上加工“ECM”符号，字体的高度为 100μm，宽度为 80μm，深度为 25μm，字母的线宽为 20μm，如图 1.9 所示。

【参考文献】