冷等离子体和微量润滑复合微铣削铝锂合金的表面性能研究

铝锂合金的延展性造成材料对刀具的粘附,会导致毛刺和积屑瘤等问题产生。为此,采用冷等离子体和微量润滑复合微铣削的方法加工铝锂合金,研究了工件的表面性能,并与单纯的干式、冷等离子体和微量润滑方法进行了对比。结果表明冷等离子体不仅改善了纳米流体在工件表面的浸润性,而且提高了材料的去除效率;相比于单纯的干式、冷等离子体和微量润滑方法,冷等离子体和微量润滑复合条件下的微铣削力分别降低了52.9%、42.9%和17.5%,而三维表面粗糙度Sa分别降低了67.3%、44.8%和33.3%。

同轴兆声辅助射流电解加工工艺研究

针对电解加工的杂散问题,提出了同轴兆声辅助射流电解加工方法,利用该方法对304不锈钢的电解加工过程进行理论分析与实验研究。分析结果表明,兆声辅助不仅能增强电解液流速,使阳极被加工区域的电解液不断更新,还能促进反应气体排出,从而提高电解加工精度与加工效率。研究结果表明,固定电解液流量0.9 L/min、电解电压50 V时,22 W兆声功率下的电解圆形凹坑的深径比为0.173,相比无兆声下提高12.34%,同时也进一步提升了沟槽刻蚀深宽比,验证了兆声辅助射流电解的有效性。

选区激光熔化制备HastelloyX合金耐腐蚀性能研究

目的研究低电流密度下电化学加工过程中选区激光熔化(SLM)制备HastelloyX合金微观组织结构对其耐腐蚀特性的影响,为抑制低电流密度条件下电化学加工HastelloyX合金表面杂散腐蚀奠定理论基础。方法利用配备有电子背散射衍射系统的扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪研究SLM制备和锻造成形的Hastelloy X合金微观结构的差异,对比开路电位和极化曲线的测量结果,确定低电流密度下的ECM最优工艺参数,分析2种成形工艺制备HastelloyX合金动电位极化曲线中的关键电化学参数,获得低电流密度下ECM过程中微观组织特征对SLM制备和锻造HastelloyX合金耐蚀性能的影响规律。结果与商用锻造HastelloyX合金相比,SLM制备HastelloyX合金具有精细的晶粒尺寸以及更小的再结晶比例,锻造HastelloyX合金晶界和晶内析出了大量弥散分布的M_(23)C_(6)型碳化物。在优化的工艺参数条件下,SLM制备Hastelloy X合金在36℃的10%(质量分数)NaNO_(3)电解液中具有较小的自腐蚀电流密度(2.01×10^(-6)A/cm^(2))和钝化电流密度(3.01×10^(-5)A/cm^(2))。结论SLM制备HastelloyX合金在电化学加工过程中具有较高的耐腐蚀性能,能有效抑制杂散腐蚀现象,进而达到提高加工精度的目的。通过分析微观组织对SLM制备Hastelloy X合金耐腐蚀特性的影响规律,为电化学加工过程中抑制镍基高温合金的杂散腐蚀现象奠定了基础。

闭式叶环开槽电解加工流场仿真与阴极结构优化

闭式叶环是一类减重性能优越的整体构件,但因其结构闭式,开敞性差,通道狭窄扭曲,刀具进给空间有限,加工十分困难。电解加工为非接触式特种加工方法,具有加工不受材料力学性能影响、工具阴极无损耗、加工效率高等优势,是加工闭式叶环的重要方法之一。闭式叶环开槽电解加工的流场研究较少,流场稳定性有待提升。针对闭式叶环开槽电解加工,采用了正流式供液的流动方式,开展了1 mm、2 mm、3 mm出液缝宽下的流场仿真和优化研究,结果表明:(1)采用出液缝宽度为2 mm的阴极,间隙内流场均匀性和可达性更好;(2)根据等流程原则调整出液缝位置并设计引流槽结构后,叶片边缘的局部缺液现象得到有效改善。开展了3种不同出液缝宽度下的闭式叶环开槽电解加工试验,结果表明,采用优化流场结构的阴极可以实现叶环开槽的稳定加工,工具阴极与工件间的相对进给速度由0.79 mm/min提升至0.98 mm/min;且通道表面质量相对最优,叶背粗糙度由2.681μm降低至1.641μm,叶盆粗糙度由2.482μm降低至1.243μm。验证了流动方式的有效性和流场仿真结果的正确性。

工件振动辅助管电极电解加工方孔仿真与试验研究

为解决管电极电解加工方孔过程中因流场分布不均造成加工质量差等问题,提出一种工件振动辅助管电极电解加工方孔的方法。流场仿真结果表明,工件振动辅助电解加工能够在加工间隙内不同位置产生明显的脉动流场,改善加工间隙内的电解液流动状态,有效消除传统电解加工方孔中加工间隙内存在的“死水”区,从而有利于电解产物的排出,提升电解加工的稳定性。同时开展试验研究,结果表明,采用工件振动辅助管电极电解加工可以提升方孔加工的轮廓精度和表面质量,并且采用脉冲电流可以进一步提升方孔的加工质量。最终采用振幅0.04 mm、振频20Hz、脉冲占空比80%、脉冲频率5000 Hz、进给速度1.5 mm/min,加工出平均宽度1.218 mm、宽度标准偏差0.026 mm、侧壁表面粗糙度0.703μm的方孔。

GH4169镍基高温合金射流电解加工微坑阵列试验研究

表面微坑阵列在机械密封、摩擦磨损、表面润滑、传热散热等方面有巨大作用。为了能在GH4169镍基高温合金上射流电解加工微坑阵列,通过测试合金在不同溶液中的极化曲线,优选了射流电解加工合金的电解液,并在此基础上设计试验,探究了加工电压、射流速度对射流电解加工微坑的影响规律,并通过优选工艺参数加工出微坑阵列。最后,以质量分数10%的NaNO_(3)溶液为电解液,以加工电压25 V、射流速度10 m/s加工出平均深径比为0.376、深径比标准偏差为0.004372的加工精度高、一致性好的微坑阵列结构。

TiAl合金在高电位流动电解液中的庞加莱截面分析

TiAl合金在高电位电化学溶解过程中的电流密度时间序列呈现出明显的高维混沌行为,相空间重构已不能直观地展示系统的具体形态,针对此问题采用庞加莱截面、差分庞加莱截面及分布熵定量表征TiAl合金在不同压力电解液中的高电位溶解电流密度时间序列的非线性行为特征。研究表明:差分庞加莱截面由于其去趋势化作用能更直观地反映合金电流密度的局部波动,局部波动越大散点越分散,说明合金发生非均匀溶解,局部波动越小散点越聚集,说明合金发生均匀溶解。结合分布熵运算结果可知,TiAl合金高电位电化学溶解系统在电解液压力为0.4 MPa时最稳定,合金发生均匀稳定溶解。

镀铬层表面微坑阵列PDMS掩膜电解加工研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为掩膜的微细电解加工能高效地加工出群微坑阵列,从而改善表面摩擦学性能,提高零件使用寿命,但因电场边缘效应,得到的微坑阵列尺寸均匀性较差。针对这一现象,采用厚层PDMS模板并利用高压静液进行掩膜电解加工,探究工艺参数对铬层表面的微坑阵列尺寸与加工精度的影响,并在耐磨的镀铬层表面进行加工以进一步验证铬层表面摩擦学性能,分析微坑尺寸对镀铬层表面摩擦性能的影响。结果表明,在占空比100%、直流电压30 V、加工时间30 s时,可加工出平均直径和深度分别为106.23μm和15.33μm的微坑阵列,在此基础上探究加工的减磨效果,发现不同直径的微坑阵列均在5μm的深度时达到最佳减磨效果。

微细直写掩膜电解加工非晶合金平面微线圈工艺研究

针对掩膜电解加工工艺固化、流程复杂等问题,提出一种基于微细直写聚合物材料的图案化掩膜电解加工方法。对直写掩膜工艺应用于微细电解加工平面线圈工艺进行研究。采用单因素法获得了直写加工参数对掩膜的影响规律。采用正交实验获得了加工电压、阴极振动频率和占空比等工艺参数对成形精度的规律。建立了加工微结构尺寸的预测模型,利用优化的工艺参数在厚度30μm合金薄片上加工出宽度为300μm平面微线圈结构,通过网络分析仪对电流传感效应进行检测,获得了阻抗变化率为3.46%的响应。证明了直写掩膜应用于微细掩膜电解加工的可行性。

钛合金电解加工电化学特性研究

针对钛合金材料的电解加工方式,为了确保加工出的钛合金产品具有优异的性能和质量,并改善电解加工过程中出现的问题,文中对TC4钛合金电化学特性进行研究。通过TC4钛合金在NaCl溶液、NaNO_(3)溶液中的开路电位、极化曲线实验和电化学阻抗谱实验,分析不同温度和不同浓度对极化曲线和阻抗的影响,结合实验研究,分析电解液浓度对加工点蚀情况的影响。研究结果表明:TC4钛合金在NaNO 3溶液比在NaCl溶液中更容易发生腐蚀;NaCl溶液能够提高加工效率,NaNO _(3)溶液能够提高加工成型精度;TC4钛合金表面钝化膜的阻抗性随温度的升高而降低,物质的传输速度加快,促进了电化学反应的进行;电解液浓度越高,点蚀现象越严重。

表面织构电解加工技术研究进展

表面织构在能源、光学、电子、信息技术、生物和摩擦学等领域具有重要应用,其加工工艺是制造技术研究的重要内容。由于所加工表面织构具有无毛刺、翻边等优点,电解加工成为表面织构的重要制造技术方法和技术研究热点,故详细介绍了五种典型表面织构电解加工技术在方法创新、材料去除机制、加工过程建模及加工工艺等方面的研究进展,给出了电解加工表面织构的典型结构和材料,指出提高加工效率和加工自动化程度是未来表面织构电解加工技术的发展趋势。

钛合金表面椭圆微坑阵列模板电解加工试验研究

针对离子推进器织构化流道高效精密加工需求,开展TC4钛合金表面椭圆形微坑阵列模板电解加工试验研究。通过电场有限元仿真,发现随着加工进行,微坑逐渐由矩形变为椭圆并最终变为近似圆形,而且微坑在椭圆短轴方向上增量要大于长轴方向。通过设计一种辅助支撑压紧装置以抑制非加工表面杂散腐蚀,研究了加工时间、占空比对微坑尺寸的影响。研究表明,在加工电压30 V、频率2 kHz、时间60 s、占空比8%的优选参数下,可以实现椭圆形微坑阵列的高效高一致性加工,得到的平均深度为98.04μm,长轴和短轴平均宽度分别为198.25μm和186.84μm。

全金属螺杆钻具定子精密电解加工成形阴极设计

为缩短全金属螺杆钻具定子电解加工阴极设计周期同时提高成形精度,提出了一种粒子群优化BP神经网络的精密成形阴极设计方法,建立了全金属螺杆钻具定子电解加工精密成形阴极设计模型,完成了多弧面成形阴极设计。采用自主研制的大型卧式电解加工设备,在选定参数下实现了材料为38CrMoAlA的4 m长金属螺杆钻具定子的稳定加工,轮廓成形精度为±0.03 mm,表面粗糙度达Ra0.848μm。

基于离子液射流定域电沉积的微镍柱成形研究

为提高定域电沉积三维金属微结构的加工效率和质量,采用离子液射流定域电沉积方式制备直径50~100μm、高度450~500μm的微镍柱,探究了工艺参数对沉积速率、微镍柱直径和微观形貌的影响。结果表明,在选定的参数范围内,微镍柱直径和沉积速率随着电压的增大同时增大,占空比对微镍柱沉积速率的影响高于对平均直径的影响,而脉冲频率对于微镍柱沉积速率影响不大。通过体式显微镜观察微镍柱微观形貌呈尖端效应,表明在阳极尖端半径对应区域和离子液射流范围内的共有区域具有电沉积定域性和优先性。合理控制阳极运动轨迹,调节参数为极间电压4.4 V、占空比50%、脉冲频率10 kHz时,可获得轮廓平直、表面致密的直径为61μm微镍柱。

TiAl合金电解加工系统的非线性动力学特征与加工表面形貌之间的映射关系

电流密度的大小和波动形态一直是电解加工过程的一个重要的参数,但其波动形态与电解加工表面微观形貌之间映射关系却一直没有得到重视。采用相空间重构、递归图及量化参数分析TiAl合金电解加工过程电流密度的非线性动力学行为,利用粗糙度与缺项量化表征加工表面微观形貌。研究发现,电解液压力和脉冲频率均是影响电解加工过程的非线性动力学行为和加工表面微观形貌的显著因素,当电解液压力为0.35 MPa或脉冲频率为300 Hz时,TiAl合金电解加工系统结构最简单、稳定,加工表面最光滑、均匀,电解加工系统的结构特征和加工表面的微观形貌之间存在良好的匹配关系。

添加剂调控电化学微流束3D打印

电化学增材制造技术由于成型精度高、孔隙率低、无热应力等优点,在微纳金属结构的制造中受到广泛关注。为提高电化学沉积技术的三维成型能力,提出了一种添加剂调控电化学微流束3D打印微铜结构的方法,并对该工艺参数进行了优化。详细分析了添加剂组分对铜结晶的微观调控作用,通过理论推导得出阴极表面沉积速率,并通过数值模拟探究沉积过程中的能量传递和物质运输。通过Taguchi实验初步筛选出工艺参数范围,并说明其交互作用。在Taguchi实验结果的基础上,通过响应曲面实验进一步缩小工艺参数,并说明各参数之间的影响。最后,以Taguchi和响应曲面实验得出的优化参数,进行不同尺寸微铜柱以及螺旋结构的3D打印,其不同尺寸铜柱的平均表面粗糙度S_(a)为0.065μm,螺旋工件的表面粗糙度S_(a)在0.106~0.159μm。实验结果表明:添加剂调控电化学微液束3D打印技术具有精确制造金属3D复杂结构和部件的能力,具备良好的工程应用潜力。

复合非浸没流场电解机械复合抛光工具设计及试验研究

目的为了提高电解机械复合抛光时电解液更新交换能力,提高电解机械复合抛光TB2钛合金的表面质量,探究流场对表面质量的影响。方法提出了复合非浸没流场电解机械复合抛光模式,电解液通过送液装置从抛光间隙侧向和内喷液阴极径向供给到抛光区域。设计了径向内喷液工具阴极,借助计算流体力学软件,模拟工具阴极出液口处流场分布,优选工具阴极出液口分布方案;设计溶解特性试验,通过表面形貌分析,优选NaCl^(-)乙二醇电解液浓度;提出通过设置抬刀距离控制黏性层厚度的方法,探究抬刀距离对抛光后表面质量的影响;通过表面形貌、粗糙度分析,探究复合非浸没流场流速对表面质量的影响。结果采用五行两列的出液口分布方案后,流场更加均匀;电解液选择1mol/L NaCl^(-)乙二醇溶液;侧向冲液流速对电解抛光黏性层影响很大,当侧向冲液入口流速为0.8 m/s时,电解预处理表面粗糙度Ra最低为0.158μm,表面质量不均匀;当设置抬刀距离为+100μm、侧向冲液电解机械复合加工时,获得最低表面粗糙度Ra为38nm的平滑表面,表面存在局部缺陷;在此基础上,进一步补充径向内喷液,在径向内喷液入口流速为0.1 m/s时,表面粗糙度Ra降到25.7 nm,表面质量更均匀。结论侧向冲液+径向内喷液的复合流场分布均匀,有助于获得高质量的TB2钛合金电解机械复合抛光表面。

薄壁筒内异形槽电解加工流场优化及工艺试验

针对薄壁筒内异形槽电解加工流场不均匀、阴极易短路、加工表面质量差的问题,提出分流式与直流式两种阴极供液方法,分别建立了分流式与直流式阴极的几何模型及间隙流场数学模型,通过对两种供液方式的间隙流场仿真,探索供液方式对间隙流场均匀性的影响规律,并开展工艺试验进行验证。结果表明,在加工中采用分流式阴极比直流式阴极供液的流场均匀,在优选的工艺参数下加工可避免阴极短路,提升薄壁筒内异形槽电解加工的表面质量。

铝合金深盲小孔管电极电解加工试验研究

针对瓶口阀铝合金阀体深盲小孔难加工问题,应用管电极电解加工方法解决该问题。为提高铝合金深盲小孔管电极电解加工稳定性,仿真分析了不同电极进给速度下加工间隙内电场、流场的分布规律;以6061铝合金为对象,使用内径为0.6 mm、外径为1.0 mm的管电极进行电解加工,研究了初始间隙、电极进给速度以及电极旋转对管电极电解加工的影响。仿真和试验结果表明,电极进给速度过大或过小,均不利于铝合金深盲小孔的稳定加工,电极进给速度大于1.4 mm/min时孔底易形成凸起,电极进给速度小于1.0 mm/min时孔底易形成凹坑;初始间隙取0.3 mm能获得质量更好的孔口形貌;电极旋转有利于产物和热量的排出,从而提高加工精度。采用最优参数加工得到了孔间距为2.46 mm、平均直径为1.28 mm的密集孔和平均直径为1.29 mm、深度为50 mm的深盲小孔。

复杂型腔电解加工成形规律分析及试验研究

电解加工适用于包含复杂型腔的难加工材料整体构件的高效加工,但复杂型腔电解加工时加工余量的分布需进一步深入研究。针对阴极曲面上各点法向与进给方向夹角不同时工件成形过程存在差异的问题,对阴极建立特定夹角处加工间隙的微分方程,模拟不同法向与进给方向夹角,并采用规则形状阴极开展直流电解加工和脉冲振动耦合电解加工工艺对比试验,以优选合适的微分方程模拟复杂型腔在上述加工模式下的成形过程。研究成果已应用于闭式整体叶盘叶间流道的电解加工。