电化学加工虚拟仿真实验建设与应用

电化学加工现有实验教学以模型演示和装备讲解为主,学生自主学习和实验教学效果较差.基于此,开发完成了"电化学虚拟仿真实验"教学项目,营造逼真的虚拟实验环境,模拟真实电化学加工成材成形过程.学生可以根据需要选择合适的加工方式,掌握具体操作过程和工艺参数,在沉浸式环境下弄清电化学加工由"无形反应"到"有形实物"的工艺过程实质.

2024年全国电化学加工技术研讨会成功举办

本刊讯2024年8月12日-14日,由中国机械工程学会特种加工分会主办,河南理工大学机械与动力工程学院和机械工业电化学微制造技术重点实验室承办,《电加工与模具》作为媒体支持的2024年全国电化学加工技术研讨会在河南焦作成功举办。

2024年全国电化学加工技术研讨会

航空航天是实施创新驱动发展战略的重要领域,是建设制造强国的重要支撑,受到了国家的高度重视。航空航天领域有大量零件或构件采用难切削材料制成,并且形状复杂、结构特殊、加工要求高,是特种加工技术重要的“用武之地”。

高频窄脉冲电化学加工正交试验研究

高频窄脉冲电化学加工具有加工精度高、稳定性好等优点,可以加工出微小尺寸的工件。利用正交试验法设计加工试验,并对所得到的正交试验数据进行方差分析,最终得到实现加工间隙最小化的各因素条件。

微细电化学加工技术

开展了微细电化学加工技术的试验研究工作,内容包括微细电铸和微细电解加工.讨论了微细电化学加工的工艺特点和主要技术步骤.针对若干典型微结构,提出了相应的微细电化学加工方法和技术方案,采取了纳秒脉宽脉冲电流、电化学微铣削等手段,结合若干实例进行了加工试验,例如:微缝电解加工、微轴电解加工、微针尖电解加工及微齿轮模具模芯电铸成型等,获得了很好的试验结果.提出的加工方法在金属零件微制造方面有着重要的应用前景.

叶片电化学加工过程多场耦合仿真

针对叶片电化学加工过程难以预测、实验参数修正周期长的问题,建立与温度相关的叶片多场耦合仿真模型,基于COMSOL Multiphysics平台对叶片电化学加工过程进行多场耦合仿真,仿真分析了不同加工电压和不同进液流量对法向平衡间隙的影响。结果表明:加工电压越大,间隙也相应增大,且间隙分布越不均匀;进液流量越大,间隙分布越均匀。采用其中一组仿真参数进行工艺实验,仿真与实验的对比结果表明,叶片轮廓曲率变化缓慢处的仿真结果和实验结果比较贴合,而轮廓曲率变化较快处的仿真值与实验值差别相对较大,但两者的变化趋势相同。

纳秒脉冲微细电化学加工的理论及试验

根据电化学反应原理,探讨纳秒脉冲电化学加工的特点及其实现微细加工的机理。建立纳秒脉冲微细电化学加工的理论模型,并分析电解液浓度、加工间隙、脉冲参数和加工电压等因素对微细电解加工的影响作用。构建微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分。试验研究了超短脉冲的电压幅值和脉冲宽度对侧面加工间隙的影响,结果表明减小脉冲宽度和降低加工电压可以提高微细电解加工的精度。在自制的微细电化学机床上,实现工具电极和工件微结构的连续加工。将加工间隙控制在5μm以内,加工出中间有20μm×30μm×30μm棱台的微型腔和30μm槽宽的十字形孔,分析加工起始点对成形精度的影响,并提出解决方法。试验证明纳秒脉冲微细电解加工可以很好地满足微机电系统(Micro e1ectro-mechanical system,MEMS)微器件的加工要求。

基于电化学加工方法的铝基超疏水表面制备技术研究

鉴于金属铝表面存在微米级的晶界和纳米级的位错,在外加电场和电解液的作用下,晶界位错处因具有更高的位能会使得阳极优先溶解,进而形成微纳米结构相结合的粗糙表面,提出一种新的铝基超疏水表面的电化学制备方法,实验研究了其加工质量、加工效率和加工条件之间的关系,结果显示电化学加工方法能够在铝基底上制备出多阶层微/纳米结构,可用作超疏水表面基底。电化学加工比化学刻蚀法有更好的可控性,同时比光刻等方法更经济。所加工表面经过低表面能材料修饰后呈现超疏水的特性,与水滴的接触角达到167°,滚动角小于3°。

STM钨针尖电化学加工及其装置的改进

本文报导利用自由落体的原理 ,设计了一种新的针尖和液面脱离装置制作了STM钨针尖 ,并与利用步进电机提升针尖的方法进行了比较。分析和实验说明 ,本方法脱离速度较快 ,简单经济 ,效果良好。

微探针电化学加工机理及针尖尺寸控制技术

研究了电化学腐蚀法加工微探针的机理,建立了微探针成形的理论模型,提出实时控制加工微探针针尖曲率半径的新方法,发展了相应的控制加工技术。

高频窄脉冲电化学加工间隙的在线检测与控制

针对高频窄脉冲电化学加工,对加工间隙进行建模分析,提出了间隙平均电流检测法.通过测量相邻一组平均电流及其方差这2个参数判断间隙状态,从而对进给速度、进给量进行相应调整,实现对加工过程的控制.试验结果表明,间隙平均电流值及其方差能准确反映加工间隙的变化,从而快速调整工具进给速度,使之近似等于工件去除速度,精确地维持恒定的小间隙,实现快速稳定的加工.

微米级电化学加工关键技术研究

针对微米级电化学加工的关键技术问题,研制了用于微米级电化学加工的纳秒脉冲电源,并利用电化学腐蚀方法,在自制的电化学加工机床上连续实现了微细工具电极的制作和工件的加工。基于试验提出了微细电化学加工间隙的检测控制方法,提高了加工过程的稳定性,增强了定域蚀除能力。在低浓度酸性电解液中实现了微米级的电化学加工,利用研制的纳秒脉冲电源,根据加工电流将极间间隙控制在5μm左右,加工出了“NUAA”字形,每个字母高90μm,宽60μm,字母线条的宽度只有20μm。

阴极侧壁绝缘对微孔电化学加工精度的影响(英文)

在微孔电化学加工中,阴极侧壁区域的工件阳极溶解极易导致加工锥度的产生.为了提高阳极溶解的定域性,采用阴极侧壁绝缘电极进行微孔电化学加工的实验研究.采用直径80～100μm的侧壁绝缘阴极,在0.5mm厚度的不锈钢板(1Cr18Ni9Ti)上加工出一系列微孔.结果表明,阴极侧壁绝缘可以很好地减少加工锥度,从而提高微孔电化学加工精度.此外,减小脉冲宽度及加工电流密度、降低电解液浓度也有益于加工精度的改善.

电场和流场数值模拟的电化学加工阴极设计

针对传统阴极设计方法存在的问题，提出了利用数值模拟法设计电化学加工阴极的方法．给出了数值模拟法设计阴极的实现过程和初始阴极形状的确定方法，建立了电化学加工的数学模型，采用有限元方法对加工过程的电场和流场进行连续的计算和分析，开发了阴极设计的工具软件并进行了实际应用．应用结果表明，该方法可提高设计精度20％～30％，减少了加工试验次数，缩短了设计周期．

大面积超疏水铝表面的电化学加工

为解决大面积超疏水表面加工难的问题,提出采用移动式阴极电化学加工技术和氟化处理方法来加工大面积超疏水铝表面,并使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和接触角测量仪对铝表面的形貌、化学成分和疏水性进行了研究.结果表明:采用小面积移动式阴极制备大面积超疏水铝表面是可行的;当采用NaCl电解液时,在较优单位面积去除量不变的情况下,单位面积去除速度对铝表面的疏水性几乎无影响,这有利于实现超疏水表面的高效加工;加工后的铝表面获得超疏水性的关键在于表面存在合适的二元微纳米粗糙结构和低表面能涂层.

基于神经网络的电化学加工表面粗糙度预测与加工参数正交优化

电化学加工的表面粗糙度与加工电流、加工间隙、电解液温度、加工时间、电解液配比等工艺参数密切相关,而这些工艺参数与工件表面粗糙度之间为复杂的非线性关系,建立其关联一直是电化学加工中的难题。以BP神经网络为基本工具,建立了加工参数与表面粗糙度之间关系的数学模型,利用实验数据训练网络,结果表明可实现较小的预测误差;应用正交法分析实验数据,实现了可使表面粗糙度参数变化幅度较大的加工参数的优化配置。

脉冲电化学加工现状与进展

介绍了脉冲电化学加工(PECM)的机理,综述了PECM/PECMM的国内外技术现状及研究进展,详细阐述了脉冲电化学加工的工艺模型和复合加工技术,并展望了今后的发展前景和重点研究方向。

纳米、亚微米的超窄脉宽微细电化学加工

通过分析超窄脉冲实现纳米、亚微米级精度微细电解加工的机理和特点,说明脉冲电源的脉冲宽度减小至纳秒时,可将提高电解加工精度的方法综合运用,如小间隙电解加工、低浓度电解液、加工间隙的实时检测和调整控制等,从而增强电化学反应的定域蚀除能力,减小两电极的极间间隙,显著提高加工精度。构建了微细电化学加工系统,包括微细加工机床、纳秒脉冲电源、电解液循环系统、运动控制部分和加工检测部分,进行了微细加工试验。这种方法在微细成形加工、微小孔加工等方面已经取得了很好的应用效果,与其他特种微细加工技术相比具有一定的优势,在微米、纳米制造领域有着很大的发展潜能。

电化学加工YT15硬质合金表面形貌特征实验研究

由于所含碳化物粉末与黏结金属的电极电位差等原因,硬质合金电化学加工的阳极表面蚀除过程较碳钢和其他金属更为复杂.以YT15硬质合金为实验对象,对试件原始表面进行统一加工条件下的研磨处理,使之具有一致的表面状态.在此基础上进行电化学加工实验,以SEM图像结合轮廓曲线,分析表面微观形貌的横向特征和纵向特征,获得表面材料溶解的特点和规律.实验发现,使用不同电解液获得的表面微观形貌特征差异显著,加工过程中的表面微观形态和腐蚀规律及变化特性也各不相同.研究认为,不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致这种差异的原因,抑制硬质合金同类材料的边界腐蚀是获得良好加工效果的关键.NaOH去钝化能力较强,溶解速度快,适于成型加工电解液;NaNO_3及NaCl具有良好的钝化成膜能力,阳极膜无序破坏容易导致不均匀腐蚀,纯电化学加工不容易获得良好的加工效果,但通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏,则可提高表面质量,具有作为复合光整加工电解液的潜力;H_2SO_4+H_3PO_4成膜较均匀,活化作用较好,具有抑制材料不均匀溶解的能力,适用于具有一定表面质量要求条件下同时达到特定成型效果的加工.

电化学加工阴极设计边界调整法

针对电化学加工阴极设计这一有势场 Laplace逆问题 ,给出了一种阴极设计方法——阴极边界调整法。该方法在假设阴极边界已知的情况下 ,采用有限元计算获得阳极边界电场分布 ,并求与实际阳极电场分布间的方差和。若此方差和在规定的误差范围内 ,则此时对应的假设阴极边界即为所求阴极边界。否则 ,调整阴极边界进行迭代计算 ,直到方差和满足要求为止。计算和实验结果表明 ,阴极边界调整法收敛性较好 ,迭代次数适当 ,能满足设计要求。