射流电解火花放电加工表面微结构

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表面微结构应用广泛,可在摩擦、密封、散热、生物医学等多方面应用。射流电解加工技术属于特种加工,常采用此加工技术加工大规模表面微结构。本文在探究射流电解加工的实验中偶然发现,在加工过程中施加高电压,即使在毫米级的加工间隙下,射流仍然会出现火花放电的现象。在常规的电化学放电加工中,所要求的加工间隙通常在微米级别,这样才能稳定的发生放电。而在一定的条件下,大间隙下电解射流状态也可产生火花放电,这种现象鲜有科研人员进行研究,故本人在论文中对此过程进行了探索,并以此开展了系列基础研究实验,本文的主要研究内容如下:(1)提出射流电解火花放电加工方法,设计加工实验方案,选择合适的电解液、工件、喷嘴,并基于喷嘴与工件完成喷嘴夹具与工件夹具的设计。(2)设计与射流电解加工的对比实验,详细介绍了射流电解火花放电加工单孔和阵列孔时的动态过程。借助高速摄影仪探究加工阵列孔时的火花放电发展动态过程,发现在掩膜孔底部先出现火花放电,随后火花放电通道往阴极喷嘴方向延伸发展。射流中心的火花放电最强烈,且射流中的火花放电通道在同一时间呈现多条发展的趋势。探究不同参数(电压、占空比、射流直径)对临界火花放电间隙的影响,实验表明电压、占空比、射流直径与临界放电间隙呈正相关趋势。(3)借助COMSOL软件建立电场模型,并分析不同参数(电压、占空比、射流直径)下的电场仿真。通过计算最后时间点(t=1s)的电位云图和不同时间点的电流密度图来辅助分析火花放电的发展过程。(4)进行射流电解火花放电加工单因素工艺实验,研究了关键参数如扫描参数(扫描次数和扫描速度)、射流参数(射流直径和射流压强)、电参数(电压、占空比、脉冲频率)以及加工间隙对微坑结构的影响规律。(5)基于单因素工艺实验,选取了合适的实验参数,进行了对正三角形孔、正方形孔、微槽微结构的加工。实验表明,在设置的加工条件下,正方形孔和微槽出现了明显的“孤岛”效应,而正三角形孔取得较好的加工质量。
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