超深小孔电解加工关键技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iceman923
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随着科学技术的不断发展,航空航天发动机以及地面燃气轮机的技术水平已经成为衡量一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一,高温化是提高其性能的重要途径,因此,航空航天发动机以及地面燃气轮机上存在大量孔径在1-4mm,深径比范围在40-200,有的甚至出现了深径比高达500的超深散热孔。电解加工是一种非接触式加工方法,同其他小孔加工方法性比,电解加工的优点在于工具电极无损耗、加工表面质量好、蚀除效率高、金属材料性质对加工无影响和设备简单等,因此,超深小孔电解加工关键技术的研究具有重要理论意义和实际应用价值。  本文研制了超深小孔电解加工装置,制备了专用管状电极。通过对间隙电流的测量和控制,实现了对加工间隙的有效控制,从而避免了短路对工具电极和工件的破坏,提高了加工稳定性。并从理论上分析了影响超深小孔电解加工精度和加工效率的主要因素,通过工艺试验对理论分析进行了验证,分别建立了超深小孔电解加工的精度模型和效率模型,探讨了脉冲宽度、占空比、电解液浓度、电解液压力、工具电极进给速度等工艺参数对侧面单边间隙、质量去除率和线性去除率的影响规律,指出了影响的原因,实现了超深小孔电解加工精度和加工效率的预测,进而实现了较高加工精度条件下的高效率超深小孔电解加工。  针对超深小孔电解加工短路问题,进行了工具端面氧化和损耗行为研究,借助电子扫描电镜和能谱分别获取了工具电极端面形貌和材料成分的数据,掌握了导致超深小孔电解加工过程中工具端面氧化和损耗的原因,提出采用正负脉冲电源进行超深小孔电解加工的方法,有效抑制了工具电极端面氧化膜的形成,改善了加工间隙内部电场和电解液电导率,减少了火花短路现象的发生,从而提高了超深小孔电解加工的稳定性,提高加工效率,正负脉冲比200:1与无负向脉冲超深小孔电解加工质量去除率提高近30%。  深入研究了加工间隙电场和流场对超深小孔电解加工精度的影响,以耐高温镍基合金作为工件阳极,以外侧绝缘的钛管作为工具阴极,分别在理想状态电场和实际加工电场加工的情况下,对孔型精度的对比分析,验证了间隙电场对加工精度的影响。分别在恒定压力和变压力条件下,探讨了间隙流场对加工精度的影响,并对加工间隙电场和流场的交互作用进行了理论分析和实验验证。  通过超深竹节孔的加工对各项关键技术进行研究,提出了采用管状电极,进行竹节孔的加工方法。该方法以超深小孔电解加工数学模型、加工间隙电流和溶解速度分配原则和工具电极进给速度对理想状态加工间隙电场范围的影响为理论依据,以超深小孔电解加工工艺规律为指导,通过竹节部分采用较大的电解蚀除强度和去除率,在肋部分采用较小的电解蚀除强度和去除率的加工方法,实现了采用管状电极一次完成超深竹节孔的电解加工,获得了稳定的最佳工艺参数和较好的加工精度。
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