弯槽电解加工成形规律的基础研究
发布时间：2021-01-15 11:05
随着现代制造业朝着精密化、微细化的方向发展,越来越多的微细槽结构出现在航空航天、精密仪器、生物医疗中。这些槽结构要求具有一定的形状、尺寸精度和较好的表面质量。如何高效稳定地加工出具有较高精度的槽结构具有较高的研究价值。电解加工（Electrochemical machining,ECM）以电化学阳极溶解原理为基础,加工过程中工具与工件是非接触式加工,工件不会受到切削力的影响。工具阴极理论上不存在机械损耗,能够有效地降低加工成本。材料是以离子方式溶解的,使它对加工微小结构具有理论上的优势,在微细制造领域发展潜力巨大。电解加工出的工件表面质量好,不存在残余应力和变形现象。该项技术不仅能够高效加工出各种尺寸的弯槽结构,而且更适用于难加工材料弯槽的加工。本文以电解加工和流体力学理论为基础,以微小尺寸的弯槽结构为研究对象,研究弯槽加工的电解加工成形规律,以提高弯槽的加工稳定性、加工精度以及加工速度。利用FLUENT软件对不同弯槽结构加工间隙内的流场分布进行仿真模拟,同时还对弯槽结构进行了不同阴极进给速度、不同阴极纵横比的仿真模拟,分析研究不同弯槽结构加工间隙内流场的特点与流场变化趋势。进行弯槽电...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铣刀铣削加工的深窄槽结构
弯槽电解加工成形规律的基础研究2降低。切削加工时，刀具与工件接触产生的机械应力，会造成刀具的变形和断裂，影响刀具寿命；同时，由于摩擦带来了大量切削热，使部分切屑粘附在刀具上，降低加工质量[7,8]。因此，微细切削加工的关键技术之一是研制微型机床及特殊刀具。华南理工大学的潘敏强等人提出多铣刀铣削的加工方法来提高深窄槽的加工效率。通过单次装夹多把铣刀，改变进给速度、刀具直径等参数，加工出长30mm×宽240μm、深宽比为4:1的深窄槽结构，如图1-1所示。但刀具数量的增多，故障率会增加，影响加工的稳定性[9]。韩国的Bang等人自主研制了五轴精密数控铣床，采用立铣刀加工出宽200μm×深650μm、壁厚25μm的深窄槽结构[10]，如图1-2所示。工件材料特别是难加工材料对铣削加工的稳定性有较大影响，加工过程中刀具的磨损也影响着工件的加工精度[11]。图1-1多铣刀铣削加工的深窄槽结构Figure1-1Micro-slotsmachinedwithmulti-cuttersinmicro-milling图1-2铣削加工的窄槽结构Figure1-2Narrowgroovesmachinedinmilling名古屋大学的Shamoto等人为了改善加工过程中铣刀在深窄槽的颤振问题，研制出变节距铣刀支撑装置，如图1-3所示，提高了深窄槽的加工深度与加工定域性[12]。然而，铣削加工深窄槽结构时，槽的边缘和底部会产生毛刺等难以去除
青岛科技大学研究生学位论文3的残留物，尤其是面对难加工材料时，残留物明显增多。这些问题也限制了铣削加工技术的应用[13,14,15]。图1-3变节距铣刀支撑装置Figure1-3Thesupportingdeviceofmillingcutterswithvariablepitch1.2.2电火花成形加工技术电火花成形加工是特种加工技术中较为成熟的方法之一，它通过工具电极、工件电极在工作介质中的火花放电去除工件材料，从而得到预定尺寸和表面质量的工件[16]。电火花成形加工的能量集中、温度高、作用范围小，加工过程中使工件材料熔化、气化，同时不受工件材料的限制，可以加工出较精密的深窄槽结构[17,18]。如图1-4所示为国立中央大学的ChowHanming等人通过向煤油工作液中加入不同粉粒，研究不同添加剂下的工作液对窄槽锥度以及表面质量的影响。研究者们发现向煤油工作液中加入定量的Al粉末，改善了窄槽侧壁的表面粗糙度，从4.0μm降低到2.5μm，但锥度略有增大[19]。图1-4不同工作液加工出的窄槽结构Figure1-4Narrowgroovemachinedwithdifferentworkingsolutions深窄槽电火花成形加工过程中，如果工作液更新不及时，会严重影响加工的稳定性和加工精度[20]。图1-5所示为西班牙的Flano等人通过在片状电极上添加不同的孔结构，研究孔状结构对深窄槽加工速度的影响。研究者们发现合理的孔状结构，改善了电火花加工的工作液环境，令加工时间大幅度缩短且加工精度较高[21]。西班牙的Ayesta等人利用电火花成形加工技术在喷嘴导向叶片上加工出深6.5mm的窄槽结构[22]，如图1-6所示。拉夫堡大学的Uhlmann等人为了提高深窄
【参考文献】：
期刊论文
[1]弯孔加工技术发展与展望[J]. 王蕾,戴恩成. 模具技术. 2019(04)
[2]添加络合剂电解加工小孔的实验研究[J]. 王蕾,戴恩成,郭鲁荻. 航空精密制造技术. 2019(03)
[3]异形螺旋线电解加工关键技术研究[J]. 唐霖,冯鑫,任磊,范植坚. 电加工与模具. 2018(06)
[4]超声扰动电解液电解加工小孔的实验研究[J]. 魏曾,戴恩成. 模具技术. 2018(05)
[5]开源代码库OpenFOAM引入本科工程流体力学的教学实践[J]. 赵勇,王天霖. 科教文汇(下旬刊). 2017(06)
[6]窄深槽加工技术的研究综述与展望[J]. 白艳艳,吕明,李文斌,梁国星,郭建英. 制造技术与机床. 2014(10)
[7]微尺度弧形群缝电解加工试验研究[J]. 赵建社,王峰,肖雄,李龙. 机械工程学报. 2014(23)
[8]浅谈有限元分析中划分网格的技巧[J]. 时虹,袁境,严厚明. 装备制造技术. 2010(11)
[9]微细电解线切割加工模型分析与试验研究[J]. 王昆,朱荻. 同济大学学报(自然科学版). 2009(12)
[10]加工间隙内电解产物对微细电解加工的影响分析[J]. 马晓宇,李勇,吕善进,胡满红. 电加工与模具. 2008(06)
博士论文
[1]高频脉冲电化学精密加工多场耦合理论与工艺研究[D]. 方明.合肥工业大学 2017
[2]微细电解铣削加工技术的基础研究[D]. 刘勇.南京航空航天大学 2010
[3]纳秒脉冲电流微细电解加工技术研究[D]. 张朝阳.南京航空航天大学 2006
[4]微细电解加工系统及其相关工艺的研究[D]. 徐惠宇.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]钛合金深窄槽电解加工技术基础研究[D]. 吕焱明.南京航空航天大学 2018
[2]TC4钛合金薄壁异型腔电解加工仿真分析及工艺研究[D]. 姚冶冰.广东工业大学 2017
[3]扩压器轴向叶片高效电解加工研究及应用[D]. 薛庭雨.南京航空航天大学 2017
[4]微细环槽电解线切割加工系统及试验研究[D]. 王亚南.广东工业大学 2016
[5]阻垢型水处理剂在煤泥浮选中的应用研究[D]. 赵文婷.太原理工大学 2016
[6]高温镍基合金冷却孔电解加工基础工艺试验研究[D]. 臧传武.山东理工大学 2016
[7]钛合金薄壁窄槽电加工试验研究[D]. 何俊生.南京航空航天大学 2016
[8]基于流场分析的螺旋电极电解加工孔的研究[D]. 陈远军.西华大学 2015
[9]叶片高频窄脉冲电解加工过程多场耦合仿真[D]. 江伟.合肥工业大学 2015
[10]复杂型面电解加工电解液压力调控研究[D]. 胡源.南京航空航天大学 2014
本文编号：2978790
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多铣刀铣削加工的深窄槽结构
弯槽电解加工成形规律的基础研究2降低。切削加工时，刀具与工件接触产生的机械应力，会造成刀具的变形和断裂，影响刀具寿命；同时，由于摩擦带来了大量切削热，使部分切屑粘附在刀具上，降低加工质量[7,8]。因此，微细切削加工的关键技术之一是研制微型机床及特殊刀具。华南理工大学的潘敏强等人提出多铣刀铣削的加工方法来提高深窄槽的加工效率。通过单次装夹多把铣刀，改变进给速度、刀具直径等参数，加工出长30mm×宽240μm、深宽比为4:1的深窄槽结构，如图1-1所示。但刀具数量的增多，故障率会增加，影响加工的稳定性[9]。韩国的Bang等人自主研制了五轴精密数控铣床，采用立铣刀加工出宽200μm×深650μm、壁厚25μm的深窄槽结构[10]，如图1-2所示。工件材料特别是难加工材料对铣削加工的稳定性有较大影响，加工过程中刀具的磨损也影响着工件的加工精度[11]。图1-1多铣刀铣削加工的深窄槽结构Figure1-1Micro-slotsmachinedwithmulti-cuttersinmicro-milling图1-2铣削加工的窄槽结构Figure1-2Narrowgroovesmachinedinmilling名古屋大学的Shamoto等人为了改善加工过程中铣刀在深窄槽的颤振问题，研制出变节距铣刀支撑装置，如图1-3所示，提高了深窄槽的加工深度与加工定域性[12]。然而，铣削加工深窄槽结构时，槽的边缘和底部会产生毛刺等难以去除
青岛科技大学研究生学位论文3的残留物，尤其是面对难加工材料时，残留物明显增多。这些问题也限制了铣削加工技术的应用[13,14,15]。图1-3变节距铣刀支撑装置Figure1-3Thesupportingdeviceofmillingcutterswithvariablepitch1.2.2电火花成形加工技术电火花成形加工是特种加工技术中较为成熟的方法之一，它通过工具电极、工件电极在工作介质中的火花放电去除工件材料，从而得到预定尺寸和表面质量的工件[16]。电火花成形加工的能量集中、温度高、作用范围小，加工过程中使工件材料熔化、气化，同时不受工件材料的限制，可以加工出较精密的深窄槽结构[17,18]。如图1-4所示为国立中央大学的ChowHanming等人通过向煤油工作液中加入不同粉粒，研究不同添加剂下的工作液对窄槽锥度以及表面质量的影响。研究者们发现向煤油工作液中加入定量的Al粉末，改善了窄槽侧壁的表面粗糙度，从4.0μm降低到2.5μm，但锥度略有增大[19]。图1-4不同工作液加工出的窄槽结构Figure1-4Narrowgroovemachinedwithdifferentworkingsolutions深窄槽电火花成形加工过程中，如果工作液更新不及时，会严重影响加工的稳定性和加工精度[20]。图1-5所示为西班牙的Flano等人通过在片状电极上添加不同的孔结构，研究孔状结构对深窄槽加工速度的影响。研究者们发现合理的孔状结构，改善了电火花加工的工作液环境，令加工时间大幅度缩短且加工精度较高[21]。西班牙的Ayesta等人利用电火花成形加工技术在喷嘴导向叶片上加工出深6.5mm的窄槽结构[22]，如图1-6所示。拉夫堡大学的Uhlmann等人为了提高深窄
【参考文献】：
期刊论文
[1]弯孔加工技术发展与展望[J]. 王蕾,戴恩成. 模具技术. 2019(04)
[2]添加络合剂电解加工小孔的实验研究[J]. 王蕾,戴恩成,郭鲁荻. 航空精密制造技术. 2019(03)
[3]异形螺旋线电解加工关键技术研究[J]. 唐霖,冯鑫,任磊,范植坚. 电加工与模具. 2018(06)
[4]超声扰动电解液电解加工小孔的实验研究[J]. 魏曾,戴恩成. 模具技术. 2018(05)
[5]开源代码库OpenFOAM引入本科工程流体力学的教学实践[J]. 赵勇,王天霖. 科教文汇(下旬刊). 2017(06)
[6]窄深槽加工技术的研究综述与展望[J]. 白艳艳,吕明,李文斌,梁国星,郭建英. 制造技术与机床. 2014(10)
[7]微尺度弧形群缝电解加工试验研究[J]. 赵建社,王峰,肖雄,李龙. 机械工程学报. 2014(23)
[8]浅谈有限元分析中划分网格的技巧[J]. 时虹,袁境,严厚明. 装备制造技术. 2010(11)
[9]微细电解线切割加工模型分析与试验研究[J]. 王昆,朱荻. 同济大学学报(自然科学版). 2009(12)
[10]加工间隙内电解产物对微细电解加工的影响分析[J]. 马晓宇,李勇,吕善进,胡满红. 电加工与模具. 2008(06)
博士论文
[1]高频脉冲电化学精密加工多场耦合理论与工艺研究[D]. 方明.合肥工业大学 2017
[2]微细电解铣削加工技术的基础研究[D]. 刘勇.南京航空航天大学 2010
[3]纳秒脉冲电流微细电解加工技术研究[D]. 张朝阳.南京航空航天大学 2006
[4]微细电解加工系统及其相关工艺的研究[D]. 徐惠宇.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]钛合金深窄槽电解加工技术基础研究[D]. 吕焱明.南京航空航天大学 2018
[2]TC4钛合金薄壁异型腔电解加工仿真分析及工艺研究[D]. 姚冶冰.广东工业大学 2017
[3]扩压器轴向叶片高效电解加工研究及应用[D]. 薛庭雨.南京航空航天大学 2017
[4]微细环槽电解线切割加工系统及试验研究[D]. 王亚南.广东工业大学 2016
[5]阻垢型水处理剂在煤泥浮选中的应用研究[D]. 赵文婷.太原理工大学 2016
[6]高温镍基合金冷却孔电解加工基础工艺试验研究[D]. 臧传武.山东理工大学 2016
[7]钛合金薄壁窄槽电加工试验研究[D]. 何俊生.南京航空航天大学 2016
[8]基于流场分析的螺旋电极电解加工孔的研究[D]. 陈远军.西华大学 2015
[9]叶片高频窄脉冲电解加工过程多场耦合仿真[D]. 江伟.合肥工业大学 2015
[10]复杂型面电解加工电解液压力调控研究[D]. 胡源.南京航空航天大学 2014
本文编号：2978790
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