电化学放电加工高速旋转电极的流固耦合分析

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)为近年来较受关注的非传统制造技术之一,既可以加工非金属材料,也可以加工金属材料。以有限元软件对工具电极高速旋转电化学放电加工加工状态进行了仿真分析,研究了工具电极旋转速度及工具电极与微小孔之间的偏心程度对工具电极变形及工具电极应力的影响。计算结果表明,随着工具电极旋转速度增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加;随着工具电极与微小孔偏心量的增加,工具电极最大变形及工具电极最大应力增加。     

阴极高速旋转对微细电化学钻孔加工精度的影响

微小孔在航空航天领域有广泛应用,而微细电化学加工是一种比较理想的微小孔方法。对工具阴极高速旋转条件下,工具阴极表面形成具有一定绝缘效果气泡层的现象进行了研究。分析了工具阴极旋转速度对微小孔电化学加工时半径过切值和杂散腐蚀的影响。结果表明,采用高旋转速度有利于减小微小孔电化学加工时半径过切值、表面粗糙度值和杂散腐蚀,对微小孔的加工精度提高起到了重要作用。     

基于多功能加工平台的微细电解加工工艺

利用多功能微细加工平台的微细电火花加工技术为微细电解加工在线制作微细电极,在低浓度钝化电解液、低加工电压和高频窄脉冲电流加工条件下,利用高速旋转工具电极和微电流密度下电解钝化作用,实现了微米级的微细电解加工.通过工艺实验,研究电压、电解液浓度和进给速度等参数对加工间隙的影响,优化工艺参数.在优化加工条件下,在厚为100μm的不锈钢薄片上微细电解钻削出65μm的微小孔.针对成型电极在微细加工中暴露出的缺点,提出了利用旋转微细电极像微铣刀一样进行微细电解铣削新工艺,加工出高精度型孔和悬臂梁等微结构.     

基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺研究

为解决电火花加工因放电高温和出口间隙缺液而导致的小孔孔壁表面质量差、孔形精度低的问题,提出基于电化学溶解的电火花高速穿孔后处理工艺方法。通过流场仿真对比了螺纹管电极与圆柱管电极二者加工间隙内流速以及流速的矢量分布,并通过对照实验对仿真结果进行了验证,最后针对电解后处理的加工参数进行了优化。结果表明:相较于圆柱管电极,螺纹管电极能将侧面加工间隙内的轴向流速数值从27.17 m/s提高至52.29 m/s,这更有利于微小加工间隙内加工产物有效排出;小孔经过电化学二次处理后,其锥度降低了近38%,圆度误差约降低了32%,并且高温火花放电导致的孔壁表面缺陷大幅减少;最终获得的小孔精度最高时的电解后处理加工参数组合为电压幅值30 V、电解液质量浓度6 g/L、电解扩孔时间25 s。     

双螺旋电极在深微孔电火花加工中的研究

为了提高电火花加工微小孔的效率和微孔深径比,制备双螺旋形貌结构的微细电极。在相同工艺参数条件下,通过实验与旋转削边微细电极加工微小孔的相同指标进行对比。用Fluent软件分别建立削边电极和双螺旋电极下的间隙流体的流体力学模型,并对其进行流场仿真,分别从轴向速度场、流量以及压力场进行对比分析。研究结果表明:双螺旋电极比削边电极具有更快的加工速度和更大的微孔深径比,显著提高微细电火花的加工性能。双螺旋电极的特殊形貌结构在随主轴旋转的过程中,形成2个阿基米德螺旋,增强间隙流体的Z向对流运动,从而加速新鲜工作液的流入和含电蚀碎屑工作液的排出。     

内螺旋齿轮电火花加工的研究和参数设计

针对淬火钠内螺旋齿轮难加工的问题,讨论了淬火钢内螺旋齿轮电火花加工的方法和装置的设计,分析研究了淬火钢内螺旋齿轮加工的特点和加工原理,分析了工具电极齿轮的修形设计和误差补偿技术,推导了相应的计算公式,并进行了该装置的误差分析。由分析研究得出：电火花加工较好地解决了这类在材质和形状上均有特殊性的齿轮加工问题;考虑放电间隙和电极损耗,工具电极是被加工齿轮的变位和修形齿轮;通过误差补偿和螺旋机构的误差控制可提高电火花加工内螺旋齿轮的加工精度。     

工作液电导率对高Nb-TiAl合金电火花加工小孔精度影响

采用PAAS（聚丙烯酸钠）的水溶液作为电火花小孔加工工作液,研究了工作液电导率对高Nb-TiAl合金(Ti-44Al-8.5Nb-0.2Mo-0.2B)电火花加工小孔孔径精度、孔口微观形貌的影响规律,结果表明,随着电导率增大,其中的载流子数量将不断增多,在放电和电解溶解的共同作用下,小孔放电间隙迅速增大,小孔精度下降,此时放电间隙增大幅度不足以快速排除电蚀产物,电蚀产物在冷却的孔壁上再凝固,重铸层厚度快速增加。电导率增长后期,击穿电压不断下降,电解作用减弱,工作介质流动交换充足,电蚀产物快速排除,放电间隙和再铸层厚度增长速度均减慢。     

工作液电导率对高Nb-TiAl合金电火花加工小孔精度的影响

采用聚丙烯酸钠(PAAS)的水溶液作为电火花小孔加工工作液,研究了工作液电导率对高Nb-TiAl合金(Ti-44Al-8.5Nb-0.2Mo-0.2B)电火花加工小孔孔径精度、孔口微观形貌的影响规律。结果表明,随着电导率增大,其中的载流子数量将不断增多,在放电和电解溶解的共同作用下,小孔放电间隙迅速增大,小孔精度下降,此时放电间隙增大幅度不足以快速排除电蚀产物,电蚀产物在冷却的孔壁上再凝固,重铸层厚度快速增加。电导率增长后期,击穿电压不断下降,电解作用减弱,工作介质流动交换充足,电蚀产物快速排除,放电间隙和再铸层厚度增长速度均减慢。     

介质阻挡放电中放电波形的改善

在常压尖-尖电极结构介质阻挡放电中,测量了放电电流波形随放电间隙以及外加电感的变化,由此给出了放电电流脉冲宽度随放电间隙、外加电感线圈电感量的变化关系,并对此进行了定性解释,为优化介质阻挡放电放电结构提供了一种新的途径.     

锥齿形电极介质阻挡放电特性的研究

提出一种用于流体等离子体化学反应的锥齿形介质阻挡放电电极结构,并从放电形貌、放电电流波形和功率注入效率等方面,探讨了锥齿形放电电极结构在等离子体形成区域,放电强度,等离子体区域流体分布等方面的特性.实验结果表明,在相同放电条件下,锥齿形放电电极结构的微放电电流峰值及注入功率都比平板形电极结构的大,锥齿形电极介质阻挡放电电极结构更有利于流体物质的等离子体化学反应.     

电极转速可调电加工装置设计及内部流固耦合分析

随着高性能材料的微小孔结构在航空航天、医疗等领域的广泛应用,微小孔加工技术也得到了不断地深化。依据特斯拉涡轮机原理,设计了电极转速可调电加工装置,通过调节电极转速及管电极末端出口工作液压力,实现电极转速可调电加工。此外,对装置内部进行了流固耦合分析,计算结果表明:随着入口工作液流速的增加,转动部分的变形量、工具电极转速也随之增加。     

共面型介质阻挡放电的击穿特性

利用拉普拉斯方程求出共面型介质阻挡放电单元电势分布的解析解,结合汤生放电理论,研究了共面型放电单元的结构参数对其击穿特性的影响.结果表明,介质表面的二次电子发射系数、沿面电极间隙、电极长度、介质层等因素对共面型介质阻挡放电的击穿电压和击穿路径的位置都有一定影响.合理选择共面型介质阻挡放电的结构参数,可以获得较低的击穿电压和所需的放电模式.     

针电极曲率半径对微间隙空气放电击穿特性的影响

电极结构对低压、微间隙放电击穿特性有一定影响,为了揭示本安开关变换器电容输出短路放电机理,系统研究了电极曲率半径与击穿电压之间的关系。以电极结构对微间隙放电击穿规律为研究目标,围绕针电极曲率半径,采用坐标变换法求解曲率半径与电场分布及击穿电压之间的数学关系。基于该数学表达式及流体-化学动力学理论,提出了低压、微间隙条件下综合考虑场增强因子及曲率半径的二维轴对称针-板电极几何模型,通过研究曲率半径对电子数密度、电场畸变程度的影响,阐明曲率半径对空气放电击穿特性的影响规律,并结合微纳程控放电试验平台进行试验验证。结果表明：针电极表面电子数密度增加越快,电荷积聚效应越显著,阴极表面更易形成场致发射从而击穿间隙产生放电;相同电极间距下,曲率半径越小,畸变电场强度越大,击穿电压越低,当电极间距小于等于8μm时,曲率半径对电场畸变的影响程度大;当电极间距大于8μm时,电极间距对电场畸变的影响起主导作用。研究得出曲率半径与电极间距共同影响电场分布,为进一步揭示微间隙放电机理提供理论参考。     

基于Ansys的平板型介质阻挡放电仿真与研究

针对微型原子化器中平板型介质阻挡放电进行了仿真与研究.主要对不同介质阻挡材质、不同介质厚度、不同放电间隙、不同激励电极形状以及不同激励电压对放电特性的影响进行了研究.仿真表明:介质阻挡材质介电常数越大,越容易获得较大的放电密度;选用圆形激励电极获得的放电密度远大于选用方形激励电极;相对而言,较薄的介质阻挡材质更容易获得较大的放电密度;较小的放电间隙更利于提高放电的密度和放电的均匀度等.     

微砂轮电化学放电修整技术

基于电化学放电加工的电极损耗原理,提出一种新的微砂轮修整工艺——电化学放电修整方法.阐述了其修整原理,同时,通过对比修整前后微砂轮的表面形貌、磨削力和工件表面质量来评估修整效果,通过微磨削试验来分析加工工艺参数对修整效果的影响.结果表明:修整后,微砂轮的磨削力和工件表面粗糙度显著降低;使用32V电源电压、质量浓度为300g/L的NaOH溶液修整后,微砂轮的法向磨削力和工件表面粗糙度最低.通过电化学放电修整可以显著改善微砂轮的磨削状态,提高加工效率和工件表面质量,延长微砂轮使用寿命.     

不同结构介质阻挡放电的放电特性

研究了在大气压氮气流中、不同激励电源电压条件下，具有单、双两种电介质层结构的介质阻挡放电装置的放电特性，利用CCD影像技术和放电电压-电流波形进行了分析和讨论。结果表明，无论是哪种结构的介质阻挡放电，在大气压、氮气条件下微放电是介质阻挡放电等离子体的本质，在通常条件下观察到的大气压窄间隙介质阻挡放电等离子体均匀而强烈的放电形貌实际上是放电集体作用的结果。     

不同电极结构介质阻挡放电的放电特性研究

研究平板-平板、平板-锥齿、圆柱-圆柱和圆柱-锥齿4种电极结构的介质阻挡放电,从放电形貌和微放电电流波形两方面进行比较,并对试验结果从放电机理的角度做出合理的解释.研究结果表明,含有锥齿电极结构的电极放电相对均匀、稳定,且在相同的外加条件下具有更高的功率注入效率.     

数控磁性研磨机床的研制

本文概述了磁性研磨加工技术,主要介绍一种数控磁性研磨机床装置,着重介绍其原理、结构、组成。该机床通过数控编程控制工具磁极与工件的相对运动并使其保持一定间隙,工具磁极高速旋转,利用吸在工具磁极上的磁性磨料对工件表面进行光整加工。     

单针-板电极电晕-介质阻挡放电特性研究

研究以玻璃纤维为填充介质的单针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性,测量了放电电压、电流波形,计算了放电功率,比较了有、无玻璃纤维填充时放电电流的差别及放电功率随放电间隙距离、电容电流、放电电压的变化关系,分析了填充介质对针-板电极的电晕-介质阻挡放电特性的影响.研究结果表明:大气压条件下纯空气间隙与有玻璃纤维介质填充时的针-板电极的电晕-介质阻挡放电相比:①后者的放电的起始电压更低,放电功率更大;②后者连续放电电流显著减小,而放电脉冲数量和脉冲电流幅值显著增加;③后者负电晕放电有非常明显的放电脉冲,而前者则主要表现为连续的放电电流.     

微孔电火花加工极间工作液流动状态研究

电极旋转是提高微孔电火花加工效率的有效手段,而极间的工作液作为放电介质,其运动状态是影响微孔电火花加工放电状态和加工效率的关键因素之一.依据粘性流体运动学偏微分方程建立了旋转电极周围工作液的机理模型,应用FLUENT软件对此模型进行了流场计算与模拟,结果显示放电间隙内工作液为层流状态.结合得到的工作液流动规律,应用流场中微粒动平衡理论对电蚀产物颗粒的分布规律进行研究,发现电蚀产物颗粒在间隙内的分布只与颗粒直径有关.由此提出了通过调整放电参数来改变颗粒直径进而改善间隙放电状态的新方法,为合理选择放电参数提供了理论依据.