TC4复合材料电解钻孔加工技术研究

基于TC4复合材料研究了大余量去除和大直径孔的电解钻孔加工技术。首先,设计了工具阴极结构,在工具阴极侧面绝缘基础上采用电场仿真研究了工作圈高度对加工效果的影响,再针对不同钻孔深度进行流场仿真分析,揭示电解钻孔加工流场分布规律并探究了工具阴极端面出液孔数量对加工稳定性的影响;其次,对陶瓷绝缘和电泳绝缘两种不同绝缘方式下的工具耐用性进行了试验对比,结果表明:高电压下陶瓷绝缘层的耐用度明显优于电泳绝缘层;然后,采用陶瓷绝缘工具阴极对不同加工参数下的电解钻孔深度、入口直径、圆度、锥度等性能进行比较并优化了加工参数;最后,利用优选的参数加工得到入口直径21.43 mm、孔深39.19 mm、圆度误差0.028 mm和锥度0.068°的盲孔。     

基于COMSOL闭式整体构件流道电解加工流场的仿真

提高闭式整体构件气流通道数控电解/电火花组合加工效率的关键是提高其粗加工工序电解加工的效率,可尝试采用开槽、拷形一次完成的方案。由于气流通道深、窄、弯曲,首先必须面对的是电解加工间隙流场分布极不均匀的问题,通过改变阴极结构、回液孔分布及供液方式的设计,基于COMSOL对上述不同阴极进行电解加工间隙流场的仿真、比较,改善了间隙流场分布。分析表明,当进口压力为0.8 MPa,十字交叉槽槽宽为1.5 mm,锥头回液孔数量为12个,三排错开排放,间隙流场较均匀。     

低频振动小孔径内壁面微结构电解加工技术研究

为了研究低频振动电解加工对小孔径内壁面加工的影响,采用数值模拟和实验相结合的方法进行电解加工,分析影响加工结果的工艺参数及低频振动对小孔径内壁面加工精度的影响。结果表明:采用阴极低频振动加工小孔径内壁面,有利于加工间隙内电解液的循环更新和电解产物、电解热的排除,提高加工精度,改善加工定域性,同时也延长了工具电极的寿命。     

型孔电解加工阴极优化试验研究

为解决电解加工型孔的加工稳定性和形状精度等问题,建立了异形孔电解加工稳定过程中加工间隙数学模型,分析了工具阴极结构对加工区域和非加工区域的电场及其均匀性以及其对电流密度与加工效果的影响,通过优化工件结构改善了加工间隙内的电场分布,使工件形状精度显著提高,并进行相关试验对仿真结果进行验证。得出结论:在相同的电解加工参数下,工具电极的结构对工件的形状精度有着显著的影响,通过优化工具电极结构,改善加工间隙内的电场分布与电流密度,让加工间隙内的流场更为稳定,使工件侧壁垂直度提高,提高了电解加工的形状精度与加工稳定性。     

膛线电解加工仿生阴极工作齿设计与研究

为解决膛线阴极相邻齿间电解液流场出现分散、不饱满和漩涡造成阴极烧伤、加工效率低的问题，根据仿生表面减阻机制，设计不同参数分布的仿生结构的工作齿，利用COMSOL仿真分析了仿生结构的形状参数与电解液流速、湍流参数和剪切速率的关系。结果表明：工作齿表面仿生尺寸为s=0.2 mm、h=0.05 mm的仿生结构不仅可以减小摩擦阻力，而且可以有效地稳定间隙流场。采用仿生阴极进行电解加工试验，对加工成型后切片进行测量分析，结果表明：仿生结构阴极满足设计要求，零件的加工精度得到保证。     

复合进给对锥形孔电解加工过程的影响

为提高锥形孔加工精度,采用圆锥阴极复合进给的电解加工工艺方案,首先分析了阴极复合进给对加工间隙流场的影响,从促进加工间隙电解产物的排出及优化间隙流场的角度证明了复合进给能有效提高电解加工精度。基于自主研制的复合进给电解加工装置系统进行了工艺试验,研究了复合进给参数对锥形孔孔径及锥度的影响。最后,采用优选的工艺参数加工出的锥形孔能满足现有喷油嘴锥形孔的加工要求,且加工过程稳定。     

涡轮叶片电解加工阴极设计方法研究

电解加工技术是目前航天航空发动机核心零部件涡轮叶片的主要加工方法之一。叶片电解加工工具阴极设计方法与修正是提高叶片电解加工精度的关键。电解加工中阴极进给角度、工件装夹角度和工件型面法线方向夹角的规范性和均匀性是影响阴极设计准确性的重要因素。分析某小型发动机涡轮转子叶片三维模型结构,建立叶片型面上各采样点对应的阴极工具型面加工间隙的分布规律模型。优化阴极进给角度与毛坯件装夹角度,结合电场仿真分析进行优化,研究提高阴极型面设计精确度的电解加工阴极型面模型的设计方法。     

异形内螺旋线电解加工间隙流场仿真及工艺试验研究

针对大口径深螺旋线电解加工的拉式逆流阴极结构存在流场发散、易短路、成形精度差等问题,提出了一种工作齿可换、流场收敛的拉式顺流阴极结构。建立间隙流场仿真模型,分别对拉式逆流阴极和拉式顺流阴极的间隙流场进行仿真分析,并对两种结构的阴极进行应力和位移变化分析。仿真结果表明:在一定的加工参数条件下,拉式顺流阴极结构在间隙电解液速度、压力、流线等方面均比拉式逆流阴极结构好,且能实现2000 mm合格样件的稳定可靠加工。     

扩压器套料电解加工流场优化设计及实验研究

在电解加工中,合理的电解液流场能改善加工稳定性、提高加工效率。针对扩压器电解加工开展了流场优化研究,设计了流道出液转角式的正冲流动方式,建立了不同进液口转角间隙的流道模型,利用ANSYS进行了流场仿真优化分析。结果表明:在转角间隙值为0.3 mm时,加工区流速分布的均匀性最好,且电解液达到了较高的流速。同时,在转角间隙为0.3 mm时开展了扩压器电解加工提速实验,当阴极进给速度为0.7 mm/min时加工出了轮廓完整且表面光洁的叶片,验证了流场仿真优化的合理性。     

异形深孔电解加工过程的流场优化

针对异形深孔电解加工过程中进出口流场突变现象、加工间隙流场分布不均、工艺稳定性相对较差等问题,以深径比12∶1的异形孔零件为研究对象,对加工开始、加工稳定、加工穿透各个阶段流场分布进行仿真优化研究。通过导流结构、多孔通液阴极结构保证电解加工进出口流场平稳性;采用合理的电解液压力、复合进给加工模式等措施改善流场分布均匀性,避免空穴现象。基于流场仿真优化结果,开展了异形深孔连续电解加工试验,孔尺寸精度可控制在0.03 mm。     

叠加磁场方孔电解加工试验研究

为了提高型孔电解加工精度和表面质量,分别采用在方孔阴极体的四壁和芯部镶贴永磁体两种方案进行电解加工工艺试验.结果表明,与不叠加磁场相比,在相同工艺参数下,四壁镶贴永磁体有利于改善表面粗糙度,芯部镶嵌永磁体有利于减小杂散腐蚀.     

电极结构对短电弧-电化学复合加工深窄槽影响研究

深窄槽结构具有尺寸小、深宽比较大的特点,狭小的加工区域存在排屑不畅、散热效果差等问题。为解决深窄槽加工过程中排屑困难的问题,提出通过优化电极结构来提升深窄槽短电弧-电化学复合加工的稳定性。分别设计单孔、多孔及螺旋3种管状电极结构,对不同电极结构加工时的间隙流场状态进行仿真研究。对比不同电极结构极间介质流速与压力的分布状态,并对仿真结果进行实验验证,探究电极结构对短电弧-电化学复合加工性能包括加工效率、尺寸精度、表面质量等指标的影响。实验结果表明：螺旋电极结构相比于单孔电极和多孔电极更能改善极间的流场状态,在保证深窄槽尺寸精度的情况下提高了加工效率与表面质量。     

基于旋转超声振动的氧化锆陶瓷小孔磨削加工质量研究

针对陶瓷材料小孔加工质量较差以及加工成本较高等问题,设计一种基于旋转超声辅助的氧化锆陶瓷小孔磨削加工工艺。首先分析旋转超声加工原理,然后在超声振动条件下利用金刚石刀具对氧化锆陶瓷小孔进行单因素磨削加工试验,并对小孔的内壁进行形貌分析和粗糙度检测,最后研究主轴转速、超声功率以及进给速度对小孔表面粗糙度的影响规律。研究结果表明:与普通磨削方式相比,在旋转超声辅助加工条件下,小孔表面质量和残余应力都得到较大改善,当超声功率达到300 W时,加工后的小孔表面粗糙度下降了52%,加工精度明显提高。      

振动电解加工脉冲参数对TC17钛合金成形质量的影响研究

通过振动电解加工TC17钛合金浅孔,研究了振动电解加工脉冲参数对浅孔中心凸台成形精度及凸台顶部非加工面杂散腐蚀的影响,并利用ANSYS软件进行加工区域电场分析。结果表明:TC17钛合金非加工表面易受杂散腐蚀,在电流密度约10 A/cm2时会发生点蚀;脉冲宽度是影响TC17钛合金电解加工精度和质量的主要参数,随着脉宽减小,凸台底部直径更接近电极内孔直径,凸台锥度显著降低,同时非加工面杂散腐蚀明显减弱,而单纯增大脉间宽度效果并不明显。     

整体叶盘电解旋转套料加工实验研究

为了提高整体叶盘的加工效率、降低加工成本,开展了整体叶盘扭曲叶片电解预加工实验研究。通过分析叶型结构及对电极片内孔尺寸进行理论计算,设计了整体式加工阴极,并针对TC17钛合金材料开展了加工实验。结果表明:采用整体式加工阴极的电解加工方法能一次性去除大部分金属,实现整体叶盘大扭曲叶片的小余量一次性成形加工,叶型单边最小余量为2 mm。