电化学机械光整加工中机械作用与复制效应对表面特征的影响研究

作     者：刘俊杰 

作者单位：新疆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阿达依·谢尔亚孜旦

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电化学机械复合光整加工 复制效应 机械作用 钝化膜 分形理论 

摘      要：表面微观几何轮廓的规则化程度和形貌特征会产生多种微观物理学行为,进而在宏观上表现出不同的使用性能。而电化学机械复合光整加工作为一种同时具备机械弱力刮擦作用和电化学溶解作用实现去除基体表面材料和改变表面微观形貌分布,并以工件达到光整表面和提高表面性能为目的的表面改形技术,其表面微观几何轮廓的形成与分布受诸多加工参数的影响。本文通过将有限元分析与试验相结合,研究了阴极复制效应、机械作用以及电解液百分比等参数对阳极表面微观形貌的成型以及对表面形貌分布特征的影响作用与机理。1.为研究复制效应对阳极表面微观形貌的影响。在建立电化学机械光整加工分析模型的基础上,利用不同加工方式去除材料的差异性,使得阴极表面获得尖峰型与圆弧形微观轮廓形貌。在小加工间隙下,通过对电流场、电势场以及温度场的分析,比较了两种阴极形貌的复制效应对阳极表面轮廓以及光整加工的影响。结果表明:在小间隙条件下,阳极表面的形成是由阴极的复制效应和阳极的尖峰溶解复合实现的。利用电化学方法形成的圆弧状阴极微观几何形貌随着高度的增加,对阳极表面的复制效应增强,加工效率提高,对阳极表面微观形貌的改善优于微观几何轮廓为尖峰型的阴极表面。圆弧型表面对热流量的敏感度较高。不同的阴极微观轮廓及其轮廓高度对阳极节点温度的敏感度影响较小。2.为研究机械刮擦作用的强弱与不同电解液百分比下钝化膜的厚度对阳极表面微观轮廓的影响。通过建立电化学机械复合光整加工模型,分别模拟分析了机械作用与钝化膜厚度对阳极表面形貌以及加工过程的影响,利用得到的规律对机械作用与电解液百分比进行优化,并验证经优化后的试件在使用性能上是否具有一定的优越性。结果表明:机械作用较大时,电化学反应加快,使得加工的效率提高,流场环境较好。随着机械作用的逐渐增大,阳极表面热流量与节点温度呈先快速增长再缓慢减弱的趋势。对于钝化膜厚度,在一定范围内随着电解液百分比增大,使得阳极表面电流密度呈下降趋势,光整的效率也逐渐降低,杂散腐蚀的现象加剧,对表面质量产生了不利的影响。当电解液百分比增大时,加工区域内的热流量呈现出先缓慢减小再急速增大的变化规律,而节点温度则持续升高。在原始表面质量一致时,经优化机械作用以及电解液参数后的电化学机械光整阳极表面,其微观几何形貌相较于精磨后的表面具有更强的动压效应,并且降低了压力场波动的敏感性,实现了减阻、耐磨以及降振等使用性能的提高。3.采用分形几何理论对试件表面进行重构。结合分形参数与表面参数,对表面形貌分布特征进行分析,验证各参数分析试验下所得出的结论与规律。