复合能场作用下电化学磨粒射流加工机理及工艺研究

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1、博士学位论文复合能场作用下电化学磨粒射流加工机理及工艺研究RESEARCHONMECHANISMANDTECHNOLOGYOFELECTROCHEMICALABRASIVEJETMACHININGBASEDONCOMPOUNDENERGYFIELD张成光哈尔滨工业大学2015年3月国内图书分类号：TG662学校代码：10213国际图书分类号：621.891密级：公开工学博士学位论文复合能场作用下电化学磨粒射流加工机理及工艺研究博士研究生：张成光导师：张飞虎教授申请学位：工学博士学科、专业：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年3月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG662U.D.C:621.891DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONMECHANISMANDTECHNOLOGYOFELECTROCHEMICALABRASIVEJETMACHININGBASEDONCOMPOUNDENERGYFIELDCandidate：ZhangChengguangSupervisor：Prof.ZhangFeihuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineer

3、ingAeronauticalandAstronauticalSpeciality：ManufacturingEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着现代科学技术的发展，零件加工要求越来越高，加工制造面临越来越多的挑战，其主要概括为两方面：一是复杂结构零件、特殊形状零件的加工，传统的加工方法难以加工；二是难加工材料

4、的加工，传统的加工方法也难以加工或加工效率低。为了适应这些加工要求，许多不同的加工方法应运而生。然而，同时具有加工金属难加工材料、金属基复合材料和复杂结构零件、特殊形状零件的特征的加工方法却比较少，针对这些加工要求研究、开发具有新技术原理的加工方法具有十分重要的意义。基于后混合式磨粒射流的电化学磨粒射流加工技术是针对金属难加工材料、金属基复合材料而提出的一种精密高效加工方法，该加工方法结合电化学射流加工和后混合式磨粒射流加工的优点，通过两种加工方法的相互促进作用，在保证加工质量的同时大幅度提高加工效率；并与计算机数字控制技术相结合，实现复杂结构零件、特

5、殊形状零件的加工。本文进行了复合能场作用下电化学磨粒射流加工关键技术的研究，研究了复合能场作用下电化学磨粒射流加工机理，在此基础上，建立了电化学磨粒射流复合加工去除模型并进行了流场和电场仿真，研制了后混合式磨粒射流系统和电化学磨粒射流复合加工装置并进行了实验研究。首先从能量转化的角度，分析了复合能场作用下电化学磨粒射流加工的作用机制，分析了高速喷射磨粒形成的机械能与被加工材料所产生的弹性变形能、塑性变形能和表面能之间相互转化机制，研究表明，磨粒的机械能可以有效提高金属表面的电化学势，促进加工过程中的电化学反应，从而提高加工效率。在此基础上，进一步研究了

6、加工过程中不同能场作用的相互耦合机制，研究表明，电化学磨粒射流复合加工过程中磨粒的机械作用过程与电化学作用过程是相互促进；使用钝化性电解质磨粒混合液进行加工时，工件表面会生成一层氧化膜，磨粒的机械作用可以及时去除该层氧化膜而露出基体，促进电化学加工，与此同时，氧化膜的生成降低了工件表层材料的结合强度，更易实现工件被加工区域材料的机械去除，两者的相互促进作用大幅度提高材料的去除效率；同时，磨粒的机械作用还可以提高电化学加工过程中材料去除的均一性，提高复合加工的表面质量。在电化学磨粒射流复合加工机理基础上，建立了磨粒射流加工冲击磨损去除模型，结合Finni

7、e塑性剪切磨损去除模型建立了磨粒射流加工去除模型，并以SKD11模具钢为例进行了塑性材料的磨粒射流加工试验，验证了磨粒射流加工塑性材料既有冲击磨损去除也有剪切磨损去除。在磨粒射流加工去除模型基础上，结合电化学射流加工去除模型建立了电化学磨粒射流复合加工去除模型，并以SKD11模具钢为例进行了钝化性电解液的复合加工试验，验证了电化学磨粒射流-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文复合加工去除率大于磨粒射流加工与电化学射流加工去除率之和，为电化学磨粒射流加工的确定性去除奠定了基础。在电化学磨粒射流复合加工去除模型的基础上，对流体喷射流场进行了仿真，得到了不同工

8、艺参数下流体的径向速度和轴向速度的分布规律；对射流加工区域内的电场分布进行了仿真，得到了不同工