復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工機(jī)理及工藝研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，零件加工要求越來越高，加工制造面臨越來越多的挑戰(zhàn)，其主要概括為兩方面：一是復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的加工，傳統(tǒng)的加工方法難以加工；二是難加工材料的加工，傳統(tǒng)的加工方法也難以加工或加工效率低。為了適應(yīng)這些加工要求，許多不同的加工方法應(yīng)運(yùn)而生。然而，同時(shí)具有加工金屬難加工材料、金屬基復(fù)合材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的特征的加工方法卻比較少，針對這些加工要求研究、開發(fā)具有新技術(shù)原理的加工方法具有十分重要的意義。<

2、br>　　基于后混合式磨粒射流的電化學(xué)磨粒射流加工技術(shù)是針對金屬難加工材料、金屬基復(fù)合材料而提出的一種精密高效加工方法，該加工方法結(jié)合電化學(xué)射流加工和后混合式磨粒射流加工的優(yōu)點(diǎn)，通過兩種加工方法的相互促進(jìn)作用，在保證加工質(zhì)量的同時(shí)大幅度提高加工效率；并與計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、特殊形狀零件的加工。本文進(jìn)行了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工關(guān)鍵技術(shù)的研究，研究了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，建立了電

3、化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型并進(jìn)行了流場和電場仿真，研制了后混合式磨粒射流系統(tǒng)和電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工裝置并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先從能量轉(zhuǎn)化的角度，分析了復(fù)合能場作用下電化學(xué)磨粒射流加工的作用機(jī)制，分析了高速噴射磨粒形成的機(jī)械能與被加工材料所產(chǎn)生的彈性變形能、塑性變形能和表面能之間相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，研究表明，磨粒的機(jī)械能可以有效提高金屬表面的電化學(xué)勢，促進(jìn)加工過程中的電化學(xué)反應(yīng)，從而提高加工效率。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了加工過程中

4、不同能場作用的相互耦合機(jī)制，研究表明，電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工過程中磨粒的機(jī)械作用過程與電化學(xué)作用過程是相互促進(jìn)；使用鈍化性電解質(zhì)磨粒混合液進(jìn)行加工時(shí)，工件表面會生成一層氧化膜，磨粒的機(jī)械作用可以及時(shí)去除該層氧化膜而露出基體，促進(jìn)電化學(xué)加工，與此同時(shí)，氧化膜的生成降低了工件表層材料的結(jié)合強(qiáng)度，更易實(shí)現(xiàn)工件被加工區(qū)域材料的機(jī)械去除，兩者的相互促進(jìn)作用大幅度提高材料的去除效率；同時(shí)，磨粒的機(jī)械作用還可以提高電化學(xué)加工過程中材料去除的均一性，提

5、高復(fù)合加工的表面質(zhì)量。
　　在電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工機(jī)理基礎(chǔ)上，建立了磨粒射流加工沖擊磨損去除模型，結(jié)合 Finnie塑性剪切磨損去除模型建立了磨粒射流加工去除模型，并以SKD11模具鋼為例進(jìn)行了塑性材料的磨粒射流加工試驗(yàn)，驗(yàn)證了磨粒射流加工塑性材料既有沖擊磨損去除也有剪切磨損去除。在磨粒射流加工去除模型基礎(chǔ)上，結(jié)合電化學(xué)射流加工去除模型建立了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型，并以SKD11模具鋼為例進(jìn)行了鈍化性電解液的復(fù)合加工試驗(yàn)

6、，驗(yàn)證了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除率大于磨粒射流加工與電化學(xué)射流加工去除率之和，為電化學(xué)磨粒射流加工的確定性去除奠定了基礎(chǔ)。
　　在電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工去除模型的基礎(chǔ)上，對流體噴射流場進(jìn)行了仿真，得到了不同工藝參數(shù)下流體的徑向速度和軸向速度的分布規(guī)律；對射流加工區(qū)域內(nèi)的電場分布進(jìn)行了仿真，得到了不同工藝參數(shù)下工件表面電場強(qiáng)度的分布規(guī)律；在射流加工光滑表面的流場和電場基礎(chǔ)上，對電化學(xué)射流加工粗糙表面時(shí)加工區(qū)域的流場和電場進(jìn)行了仿真

7、，得到了加工過程中粗糙工件表面的陽極溶解規(guī)律和鈍化膜分布情況；在電解液流場基礎(chǔ)上，對磨粒電解質(zhì)混合液耦合流場進(jìn)行了瞬態(tài)仿真，得到了噴射過程中磨粒的分布和運(yùn)動情況以及射流加工區(qū)磨粒的運(yùn)動機(jī)制。
　　然后，對噴射系統(tǒng)的混合腔流場進(jìn)行了仿真，得到了混合腔內(nèi)流場分布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，研制了新型后混合式磨粒射流系統(tǒng)，其主要包括供壓系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和攪拌與輸送系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性以及磨粒濃度的精確調(diào)節(jié)；基于電化

8、學(xué)磨粒射流復(fù)合加工原理，研制了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工裝置，其主要包括后混合式磨粒射流系統(tǒng)、機(jī)床本體與控制系統(tǒng)、電化學(xué)加工系統(tǒng)和輔助裝置，并進(jìn)行了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工試驗(yàn)，為后續(xù)的電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工工藝實(shí)驗(yàn)等研究奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，在自行研制的電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工實(shí)驗(yàn)裝置上，通過大量的工藝實(shí)驗(yàn)，研究了電化學(xué)磨粒射流復(fù)合加工工藝參數(shù)，包括電壓、噴射距離、噴射壓力、電解液濃度、磨粒濃度、磨粒種類及粒度等對材料去除率與表面粗糙