超声横振辅助微细电解加工关键技术研究

针对深窄槽微细电解加工中存在电解产物排出困难的问题,提出了一种超声横振辅助微细电解加工方法。该方法利用工具电极产生横振使加工间隙的流场产生周期性变化,增强了电解加工间隙内电解产物传质能力,提高了深窄槽微细电解加工效率及加工稳定性。为研究该工艺的加工特性,研制了一套超声横振辅助微细电解加工装置,其关键技术是实现3种工作模式的超声-电解同步电源。基于研制的超声横振辅助微细电解加工装置,本文以深窄槽加工实验为研究对象,探究了电源的不同工作模式对深窄槽的影响规律。实验结果表明超声横振有利于提高深窄槽加工的传质能力,同步超声模式1有利于进一步提高工件的溶解量和微细电解加工的传质能力,同步超声模式2则有利于提高深窄槽的加工精度。最后,加工出槽宽为432.9μm,深宽比为11.9的深窄槽。

电弧加工关键技术与展望

作为放电加工的重要分支,电弧加工的加工效率是电火花加工的数倍到数百倍,具有不受材料强度和硬度影响等特点,非常适合航空航天领域中难切削材料的加工。但电弧加工存在放电状态控制难度大、加工表面质量不高、刀具损耗严重、加工精度较低等问题。对此,从断弧方法、提高表面质量与电极损耗补偿三方面综述分析,总结了脉冲断弧、机械断弧、流体断弧、复合断弧等多种断弧机制;从加工参数、电极参数、复合加工等方面归纳了提高表面质量的方法;列举了神经网络预测等多种电极补偿措施;对电弧加工技术发展提出展望。

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。

深小孔电解加工阴极侧壁绝缘层制备及试验

航空发动机零部件中存在大量深小孔,不仅孔径小、深径比大,而且要求孔表面没有再铸层,这些特点给孔的加工带来了很多困难。电解加工是一种有效的加工方法,针对大深径比小孔电解加工所用的阴极侧壁绝缘层制备困难,且使用过程中容易损坏的问题,尝试了多种材料、多种方式的绝缘层制备方法,并对其在加工过程中的性能稳定性进行了试验研究,最终提出了一种基于弹性石英毛细管的新型多层复合绝缘层制备方法,并借助该方法制作管阴极,在不锈钢材料上成功加工出直径1.1 mm、深径比达181的深小孔。

电解加工大深径比小孔及参数优化

为了提高深小孔结构电解加工的稳定性,文中探究了加工参数对稳定性的影响,建立了加工稳定性指标λ以定量研究,设计了冲液压力、加工电压、进给速度、端部非绝缘区域长度四个因素的正交实验。研究结果表明:在15 V电压、冲液压力为0.3 MPa,进给速度30μm·s^(-1),电极非绝缘区长度0.5 mm时,加工深小孔的稳定性最好。在此工艺条件下使用中性电解液,顺利在SUS304工件上加工出直径约1.1 mm,深度为200 mm的通孔,深径比达181,加工过程稳定。

FPGA高速数据采集的WEDM在线脉冲识别

为了提高电火花加工放电间隙的实时识别准确率,文中提出了一种基于FPGA高速数据采集的神经网络的放电间隙在线识别方案。利用FPGA和AD模块对加工间隙电压数据进行高速采集,通过FPGA内部的FIFO和串口协同实现周期性数据传输。在Python的Pytorch库构建了CNN GRU融合神经网络模型,对所采集的数据进行在线识别,验证了该采集系统的可行性。实验结果表明:文中方案对加工电压脉冲的离线识别准确率达到了97.35%,优于CNN和GRU方法,满足了电火花加工对间隙电压识别的高精度要求,实现了神经网络的实时在线识别放电间隙。

阵列微沟槽的场域离散脉冲电解加工技术

针对难加工金属材料表面阵列非贯穿型微沟槽的高效高质量加工难题,提出一种场域离散脉冲电解加工方法,所加工沟槽具有表面质量好、尺寸微小、槽数多、沟槽前后非贯穿的特点。使用绝缘栅栏隔板作为活动掩模板对各微沟槽加工区进行离散,同时遮蔽非加工区,从而实现流场隔离和非加工区电场屏蔽等效果,有效提高沟槽的加工稳定性、精度和一致性。通过设计专用夹具,对影响加工精度的关键因素进行了单因素工艺实验研究,并利用Comsol Multiphysics软件对电解加工的流场和电场进行了仿真分析。仿真和试验结果显示:场域离散加工方法的流场和电场都比传统的掩膜电解加工、电解转印加工好。成功地在1min内加工出9条宽538.76μm,深25.78μm,过切量为19.38μm的阵列微沟槽,证实了该方法的有效性。采用短加工时间、低脉冲电压幅值、高脉冲频率、小脉冲占空比等工艺参数,有利于提高沟槽的加工精度。通过场域离散电解加工技术,可以实现对非贯穿型微沟槽的高效率、高质量、低成本加工。

旋转超声磨边机床设计与实验研究

为探究旋转超声磨边在瓷砖加工中的应用,使用ANSYS软件对旋转超声磨边机床的超声振子进行模态分析,发现谐振时工具头把纵向振动分解为纵向和径向振动。搭建了旋转超声磨边机床,包括旋转超声磨边主轴和四轴运动测试平台。并且使用机床研究了有无超声情况下主轴转速和进给速度对轴向磨削力的影响。结果表明:在瓷砖磨边过程中,低主轴转速下添加超声振动可减小轴向磨削力;不同进给速度下,旋转超声磨边的轴向磨削力比传统磨边小。

电射流掩膜加工内壁微结构的仿真与实验研究

针对内壁微结构加工技术中机械振动加工、激光加工等均为逐点加工,加工效率低,以及由机械或高热主导的材料去除过程存在“翻边”和重铸层现象,导致加工质量差等问题,创新性地提出基于球状阴极喷嘴的电射流掩膜电解加工方法加工内壁微结构。通过设计阴极喷嘴的结构使其形成具有一定跨度的扇状射流并利用数控运动平台实现阴极喷嘴的左右摆动扫描待加工曲面,提高了加工效率及精度;采用活动柔性掩模板代替传统的光刻胶掩膜,解决了传统掩膜制备工艺难以适应曲面结构的问题。利用comsol多物理场仿真软件对阴极喷嘴的流场进行优化分析,并进行一系列的验证实验。经实验表明,该方法能实现高效、高精度电解加工内壁微结构,达到了设计要求,验证了其可行性。

多工位内齿轮电解加工机床的研制

航空发动机和新能源汽车传动轴上的内齿或花键很多是在盲孔内壁上加工,现在大多采用逐齿插削,效率低、刀损大,后续还有去毛刺要求;挤压工艺设备昂贵、工艺复杂、对高硬材料并不适合。提出一种内齿电解加工新工艺,研制了一台多工位电动汽车传动轴内齿加工机床,主要工作包括机床结构设计、控制系统开发等,进行了基础工艺实验,效果良好,设计达到预期目的。

确定性横向迁移装置中细胞运动特性的分子动力学研究

确定性横向迁移(deterministic lateral displacement,DLD)是一种常用的微粒分离技术,依据粒子尺寸和微流道层流特征分离颗粒。传统的DLD理论一般只考虑刚性粒子,难以描述细胞等柔性颗粒的分离过程。结合分子动力学粗粒度模型和雷诺相似性原理,对DLD装置中柔性细胞的分离、变形和受力情况进行了研究。仿真结果发现,纳观尺度下的DLD细胞分离路线与宏观尺度的一般分离原理相符。而在微观尺度下,细胞分离过程中细胞的变形破坏主要出现在细胞与微柱接触处,而且该处所受应力最大。研究结果揭示了柔性颗粒通过DLD装置的运动细节。

脉冲参数对TC4钛合金电化学抛光的影响

采用脉冲电源对TC4钛合金进行电化学抛光,研究了电压、脉冲频率和占空比对抛光效果的影响。结果表明,TC4钛合金的表面粗糙度和材料去除率随着脉冲频率增大而呈先减小后增大的变化趋势;随着电压或占空比增大,TC4钛合金的表面粗糙度先减小后增大,材料去除率增大。在温度20℃、极间距4 cm、电压25 V、脉冲频率1000 Hz及占空比40%的条件下电化学抛光6 min后,TC4钛合金的材料去除率为23.85μm/min,表面粗糙度(Ra)从初始的6.21μm降到0.84μm,表面平整均匀。

基于BP-PID技术的电火花线切割控制伺服策略分析

阐述基于BP神经网络和增量式PID技术,设计电火花线切割伺服进给控制方式。在Matlab/Simulink平台中进行仿真,结果表明,BP-PID控制方式能够提高电火花线切割伺服控制的稳定性。

基于CFD的电解加工流场均匀性评价方法

基于计算流体动力学(CFD),总结若干种常用的流场均匀性评价方法,包括:云图法、流线图法、等值线/等值面法、响应曲面法、相对标准偏差法和均匀性指数法,并在此基础上提出一种新的流场均匀性综合评价方法——采点-折线图法,为电解加工流场设计时定性/定量评价流场均匀性提供借鉴。

焊接电压对绝缘铜线微电阻热压焊接头的影响

采用微电阻热压焊工艺来焊接耐高温微细绝缘铜线,研究了不同焊接电压下接头的外观形貌、截面微观组织、拉断力和形成过程.结果表明,当焊接时间为20 ms、电极压力为12 N、焊接电压大于2.05 V时,该工艺可在一个输出脉冲内完成绝缘铜线的除漆和焊接,无需预先除漆.随着焊接电压的增加,接头长度基本不发生变化,接头宽度和拉断力一直增大;接头失效形式依次表现为界面剥离、前端断裂和中部断裂.接头的演变过程包括预压塑性变形、接头弱连接、热辅助下的压陷、接头强连接和熔融金属挤出5个阶段.

激光诱导海藻酸钠溶液转移的研究

以海藻酸钠溶液为研究对象,利用激光诱导前向转移技术诱导溶液转移,探讨激光脉冲能量、光斑直径、钛层厚度以及海藻酸钠溶液质量分数对液滴的直径和表面形貌的影响.实验结果表明,当光斑直径为100μm时,液滴的直径更小,且表面致密均匀且形貌清晰.极差分析显示海藻酸钠溶液质量分数、激光脉冲能量、光斑直径、钛层厚度对液滴直径影响的重要性递减.同时利用高速摄影仪拍摄激光诱导海藻酸钠溶液转移的过程,发现激光诱导液体靶材转移过程中伴随着流体多相动力学行为.

基于旋转超声的瓷砖磨边磨削力研究

针对传统瓷砖磨边中存在的工具损耗大、崩边严重,以及磨盘端面与工件平行时易对已加工表面造成二次破坏的问题,提出了一种磨盘端面与工件呈一定磨削角度的旋转超声磨边加工方法。利用搭建的旋转超声磨边试验装置和Kistler测力仪,对瓷砖与磨盘在不同磨削角与磨削高度时的磨削力变化情况进行了单因素试验研究,并用正交试验法研究了磨削角、磨削高度等试验变量对磨削力的影响程度。研究结果表明:磨削角对磨削力影响小,磨削高度对径向磨削力影响最为明显,各因素对磨削力的影响程度从大到小依次为进给速度、磨削深度、磨削高度、主轴转速、超声电流和磨削角。

双工位分时互补电火花线切割加工工艺研究

针对常规电火花线切割同时加工多工件时出现放电不均匀,从而导致加工槽宽不一致的问题,提出了双工位分时互补电火花线切割加工的方法。该方法充分利用了脉间时间,采用多路脉冲分时互补供电加工方式,从而有效避免了加工过程中工件之间的互相干扰;在工艺试验中,采用了直径0.18 mm的钼丝作为工具线电极,厚度为8 mm的模具钢作为工件材料,探究了加工电压、运丝速度、电源频率、进给速度和脉间倍数对加工槽宽的影响规律,并对比分析了单路供电与分时互补供电方式下,双工位加工槽宽的一致性。研究结果表明:采用分时互补电火花线切割加工方法同时加工双工位工件的槽宽一致性更好;经试验优化,在加工电压为70 V、脉间倍数为5、进给速度20μm/s、电源频率14 kHz、运丝频率35 Hz时一致性最好。

开槽宽度对遮蔽模板辅助电解线切割加工微沟槽的影响

针对微沟槽结构难以高效低成本加工的问题,提出一种遮蔽模板辅助电解线切割加工新工艺。利用开有槽道的绝缘模板遮蔽工件非加工表面,对加工区域进行电场屏蔽和流场改善,实现场域离散式电解线切割加工,有效提高微沟槽的尺寸精度和加工稳定性,又比一般掩膜电解加工的深宽比更高。仿真分析了不同开槽宽度的影响,设计了专用夹具,进行了工艺实验。结果表明:使用直径0.3 mm的电极丝进行电解线切割加工,当开槽宽度W≤1 mm时,遮蔽模板可有效改善沟槽精度和表面质量。利用开槽宽度为1 mm的遮蔽模板和0.3 mm直径的电极丝,成功地在不锈钢工件表面加工出了宽981 μm,深1 058 μm的微沟槽。

铲削成形多孔翅片强化散热有限元分析与测试

对铲削成形多孔翅片散热器结构进行了湍流和固体传热耦合分析。从铲削工艺的特性出发,研究了翅片间距、厚度、开孔密度、孔径等参数对其散热效果的影响。利用自主研发的铲削工艺加工出铝基材料多孔翅片,进行了实际散热效果测试,验证了分析结果的正确性。