超声磨削陶瓷表面刀痕系统振子的仿真及试验研究

针对平面陶瓷在普通机械磨削加工过程中产生的刀痕技术问题,提出了一种超声辅助磨削去除陶瓷表面刀痕的加工方法。通过COMSOL Multiphysics对超声振子进行了模态仿真,利用阻抗分析仪对超声振子性能进行了阻抗参数测试,利用激光测振仪测试了不同电参数条件下磨削工具头端面位置的振幅,以及同一横截面的振幅稳定性能;在不同加工功率条件下,对陶瓷的超声平面磨削进行了单因素试验研究,并分析了加工功率对陶瓷表面粗糙度的影响效果。研究结果表明:振子振型、振幅与仿真高度一致,阻抗、振幅等性能参数稳定;经超声磨削试验加工的陶瓷面粗糙度Sq、面偏差程度Ssk大幅降低,陶瓷表面光洁度显著提升;该方法可实现稳定、高精度的陶瓷平面磨削加工。

手机金属中框电解射流去毛刺工艺仿真分析

为解决手机金属中框在制造过程中难以避免的毛刺问题,提出了一种基于扁平喷嘴的电解射流去毛刺方法。建立手机中框毛刺分布仿真模型,利用COMSOL仿真软件对电解射流去毛刺工艺进行仿真分析,探究了工件表面电流密度分布情况,模拟了喷嘴运动时加工工件表面毛刺形貌的变化,证明了此工艺能有效去除分布不均且不同大小的毛刺;最后,设计正交仿真试验,针对各加工参数进行了优化,为实际加工中参数的选择提供了依据,为后续的手机金属中框电解射流去毛刺加工设备的研制奠定了基础。

脉冲态空化射流掩模电解加工试验研究

针对掩模电解加工金属表面微凹坑过程中存在的电解产物排出困难的技术问题,创新性地提出脉冲态空化射流掩模电解加工方法。为了研究该工艺的加工特性,设计了单个微凹坑和阵列微凹坑的加工工艺试验。研究了不同冲液类型、气液比例、气体脉冲频率对于微凹坑表面形貌的影响规律。试验结果表明,采用脉冲态空化射流式的冲液类型相比于传统的纯射流式更具优势,能加工出深径比更高的微凹坑结构;选择较高的气液比例和较低的气体脉冲频率有利于提高微凹坑的深径比;同时推论出脉冲态空化射流掩模电解加工的脉冲扰流与气蚀效应是电解产物及时排出的原因。该方法能够有效改善流场,是实现高效率、高均匀性的表面微凹坑结构的前提。

钨电极侧壁绝缘双极性脉冲电解加工工艺研究

为了解决电解加工中难以对工具侧壁绝缘以及工具涂覆的绝缘层易于损耗的问题,提出了一种在钨工具电极侧壁实时生成绝缘层的方法。为了实现该方法,设计了正负电压、占空比均独立可调的双极性脉冲电解电源。该电路使用两路MOSFET管对两独立直流电源进行控制,并使用STM32控制两路MOSFET管。实验结果表明,实际输出电压波形满足设计要求,输出电压频率在240 kHz以下时有较好的波形;选用1 mm钨棒为工具电极并使用正电压为12 V(占空比为20%),负电压为19 V(占空比为50%),正脉冲时间占总脉冲时间90%的双脉冲电源加工不锈钢,对比钨棒侧壁不绝缘的情况,其定域性得到明显改善。

脉冲气体辅助掩模电解加工技术

表面织构被广泛应用于航空发动机关键零部件中,以提高其散热及润滑效果。掩模电解加工是一种高效加工表面织构的工艺方法,但加工中存在加工产物难以排出、电解液流速不均匀以及加工一致性难以保证等问题。为此,提出一种脉冲气体辅助掩模电解加工的新方法,该方法利用脉冲气体的瞬间冲击力对加工区域的电解产物进行冲刷,以促进加工区域电解液的更新。为了研究脉冲气体辅助掩膜电解加工工艺规律,基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了单喷嘴固定条件下加工区域气液两相流与电场耦合的多物理场理论模型。仿真结果显示,当喷气速度为100m/s时,掩模孔底部流体流动速度最大可达到3.5mm/s。加工后掩模板表面能够清晰看到产物的排出痕迹。此外,还探究了不同工艺参数对加工一致性与加工效率的影响规律。实验结果表明,喷嘴固定不动时加工一致性随脉冲气体喷射速度的减弱以及喷气脉冲间歇时间的增加而提高,而加工效率却会降低,实验中得到微坑深度标准差最小达到0.75μm,平均深度最大达到15.2μm。最后,分别对比了实验中有无脉冲气体辅助的加工结果以及模拟和实验的成形规律,并在喷嘴移动条件下加工出深度标准差与平均深度分别为1.06μm与10.7μm的阵列凹坑。结合理论分析与实验研究结果,证明该方法对加工区域流体具有强烈扰动作用,能够同时提高加工效率与加工一致性。