磨料电化学射流加工的材料去除模型研究

磨料电化学射流加工是由磨料水射流加工与电化学射流加工复合而成,因此磨料电化学射流材料去除模型是综合了磨料水射流加工去除模型和电化学射流去除模型得到的。而磨料水射流加工模型包括冲击磨损去除模型和剪切磨损去除模型,电化学射流加工去除模型是根据电解加工工件的阳极溶解规律建立的。首先分析了单颗磨粒的冲击磨损和剪切磨损去除模型,得到多颗粒磨料水射流加工的去除模型,然后根据法拉第定律得到电化学射流加工去除模型,最后合成得到复合加工的去除模型。

磨料电化学射流加工SiC_p/Al复合材料仿真和试验

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)具有优异的物理及力学性能,但是其二次加工极为困难。仿真和试验研究了SiCp/Al复材的磨料电化学射流加工。结果表明,随着铝基体的去除,SiC增强体与铝基材之间的结合界面不断减小,界面的疲劳寿命随界面面积减小而呈现若干数量级式降低。当结合界面面积下降到较低水平时,SiC增强相会从基体材料上脱落,同时在加工表面留下微坑。加工表面的粗糙度与这些微坑的数量和尺寸高度相关。SiC增强相尺度越大或含量越高,则加工表面越粗糙。

电化学射流加工SiCp/Al复合材料的试验研究

对SiCp/Al复合材料进行了电化学射流加工试验,探讨材料去除机理,分析加工电压、加工时间对加工形貌及材料去除率的影响。研究发现,材料的去除过程主要包括铝基体的阳极溶解与SiC颗粒的冲刷脱落,SiC颗粒脱落在加工表面形成微凹坑,微凹坑的几何尺寸及数量对加工表面粗糙度具有较大影响;材料去除速率随加工电压的增加而增大,这与电化学射流加工单一金属材料相似。

磷酸基钝化电解液电化学射流加工铜的材料去除机理分析

目的提高电化学射流(Jet-ECM)加工纯铜工件的加工稳定性和表面质量,并分析材料去除机理。方法采用基于磷酸基的酸性钝化电解液。该酸性钝化电解液采用磷酸为黏膜生成剂,乙醇为润湿剂,苯并三氮唑(BTA)为腐蚀抑制剂,醋酸铵和乳酸为表面氧化物去除剂。分别通过极化曲线,阻抗测试揭示磷酸溶液中黏膜层的生成机理,并通过循环伏安曲线(CV)对乙醇和BTA的反应机理进行研究。结果提高磷酸浓度有利于形成厚实的黏膜层,提高表面质量。乙醇能够提高电解液的润湿性,促进电解产物的排出。同时乙醇在Jet-ECM加工过程中具有钝化效果,提高了表面质量。腐蚀抑制剂BTA能够吸附在工件表面,形成保护膜,同时参与反应,形成Cu(Ⅰ)-BTA聚合物保护膜,通过这两种成膜机理,对铜工件表面形成有效保护。采用该酸性钝化电解液用于金属铜的Jet-ECM加工,加工后孔中心区和孔边缘区的表面粗糙度分别为14.5 nm和157 nm。相比常规NaNO_(3)电解液以及纯磷酸电解液,该新型电解液能够有效避免絮状沉淀的产生,显著提高表面质量。结论采用基于磷酸基的酸性钝化电解液,能够提高电化学射流加工纯铜工件的加工稳定性和表面质量。该研究有助于进一步揭示Jet-ECM加工中的电化学去除机理,提高无应力加工方法的加工质量和加工稳定性。

电化学射流加工的电场仿真及实验研究

首先建立电化学射流加工去除模型,并基于电解液喷射流场建立三维电场仿真模型,采用ANSYS进行三维电场仿真,得到工件阳极表面的电场强度分布规律。研究表明,电压和喷射距离对电化学射流加工速度的影响很大,喷射角度、喷嘴直径和喷射压力对电化学射流加工的速度影响较小,电解液浓度(电导率)对电化学射流加工的电场强度没有影响,但对电化学射流加工的电流密度影响很大,电解液浓度对电化学射流加工速度的影响很大。然后进行不同工艺参数下电化学射流加工材料去除率实验,结果表明电压、喷射距离和电解液浓度对材料去除率的影响很大,与电场仿真结果一致。最后以SKD11模具钢为例进行NaNO3和NaCl电解液的电化学射流加工的表面形貌观察,结果表明,采用NaCl电解液的电化学加工后工件表面存在"微裂纹";而采用NaNO3电解液的电化学加工后工件表面不存在"微裂纹",加工过程中工件表面有Cr析出,加工区域氧化膜厚度是不均匀的。

铜表面脉冲电化学射流加工的定域性和粗糙度分析

电化学射流加工(Jet-ECM)是一种用于表面微细结构加工的超精密加工方法。但是,Jet-ECM加工的定域性不足,表面质量不高,无法满足高精度表面加工的需求。采用合理的电解液和脉冲电源参数可以提高电化学加工的精度和表面质量,但单纯基于试错的方法获得合理参数的难度极大。根据电化学反应和双电层的基本原理,将Jet-ECM系统等效为RC电路,用于指导脉冲Jet-ECM加工参数的选择。研究结果显示,磷酸基电解液Jet-ECM中采用脉冲电源能有效减少过切,提高铜表面加工的定域性,当加工电压为6.5 V时,采用10 kHz,50%占空比的脉冲电源相比直流电源定域性提高36%。降低加工电压和占空比也可有效提高加工定域性。但表面质量和定域性的变化趋势相反,降低加工电压和占空比不利于工件表面黏膜层的形成,降低了表面质量。本研究有助于进一步明确Jet-ECM加工中的电化学去除机理,提高无应力加工方法的加工精度,为Jet-ECM在工业中的进一步应用提供了指导。

电解放电复合加工技术现状与展望

电解放电复合加工是实现电加工技术创新和突破的重要途径,可通过耦合放电与电解能场,利用其时/空协同效应实现在可加工性、加工精度及表面质量等方面的提升,故在介绍电解放电复合加工技术概念和原理分类的基础上,着重概述该领域近十年来的关键性研究进展和新技术创新,对除电火花-电解组合加工和电弧复合加工之外的各类电解放电复合加工技术的未来发展方向进行了展望,指出该技术的规模化工程应用仍需在性能突破、精确建模、加工过程智能控制、复合加工装备等方面取得突破性进展。