课题基金 / 基金详情

深窄槽结构的脉动场耦合电解铣削加工新方法研究

批准号:
52075105
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈晓磊
依托单位:
学科分类:
加工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈晓磊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
深窄槽结构在航空发动机及燃气轮机等产品核心零部件上发挥重要作用,其精密、高效加工难题是制约相关产品发展的一个技术瓶颈,亟需突破。为此本项目创新电极结构和流场-电场耦合模式,提出脉动场耦合电解铣削新方法,利用端面异形、侧壁周向非连续绝缘的新型管电极驱动电解铣削过程中流场轴向脉动和电场周向脉动,从而强化冲液效果、离散材料溶解过程和产物分布,调控两者耦合过程,大幅提高电解产物排出效率,降低其对加工过程的影响,实现深窄槽结构的精密、高效电解铣削成型。项目拟重点探究电解液脉动流动特性及产物输运强化机制、脉动场耦合作用下材料电化学溶解行为、深窄槽成型规律等关键科学问题;突破端面异形、侧壁周向非连续绝缘管电极结构设计与制备、电解液同轴回流、脉动场耦合电解铣削参数匹配等关键技术,充分释放电解铣削潜能,解决深窄槽加工难题。本项目的开展将对提升难加工材料深窄槽结构精密制造水平具有重要的科学意义和应用价值。
英文摘要
Deep-narrow groove plays an important role in the core parts of aero-engine and gas turbine. The high precision and efficiency machining process is an urgent bottleneck that restricts the development of related products. This project introduced a novel structure of tube tool electrode as well as the coupling mode between flow field and electric field, and proposed a method, named electrochemical milling with pulsating multi-physics fields coupling for manufacturing deep-narrow groove. In this new method, a novel tube tool electrode with shaped end face and circumferential non-continuous insulation layer on the sidewall was introduced to drive axial pulsating flow field and circumferential pulsating electric field, which could enhance the flushing process as well as the discrete material dissolving process and by-product distribution. By regulating the coupling process of pulsating fields, the removal rate of by-product could be improved sharply, and its influence on the machining process is reduced, which is helpful for the manufacture of deep-narrow groove with high quality and efficiency. This project will thoroughly explore the pulsating flowing characteristics of electrolyte and strengthening mechanism for the by-product transport, the electrochemical dissolution behavior of materials under the action of pulsating fields coupling, and the shaping law of deep-narrow groove. Meanwhile, this project will focus on the key techniques such as the design and preparation of the novel tube electrode, electrolyte coaxial reflux technology, and process parameters matching during electrochemical milling. It will release the potential of electrochemical milling fully to solve the problem of manufacturing deep-narrow groove. The implementation of this project will have important theoretical and practical significance for improving the precision manufacturing of the deep-narrow groove on hard to machine materials.
项目针对难切削金属材料深窄槽结构的精密、高效加工难题,提出了脉动场耦合电解铣削新方法,利用端面异形、侧壁周向非连续绝缘的新型管电极驱动电解铣削过程中流场轴向脉动和电场周向脉动,从而强化冲液效果、离散材料溶解过程和产物分布,调控两者耦合过程,大幅提高电解产物排出效率,降低其对加工过程的影响,实现深窄槽结构的精密、高效电解铣削成型。项目搭建了电解铣削加工试验平台,并制备出具有楔形端面、侧壁周向不连续绝缘的金属管电极;开展了楔形端面管电极旋转下加工间隙内脉动流场仿真,掌握了楔形端面管电极旋转下加工间隙内脉动流场的空间分布和时间变化特征,并开展相关试验,研究脉动流场对深窄槽加工的影响规律,结果表明,与传统平底管电极(定常流)相比,楔形管电极(脉动流)可强化加工间隙内的传质过程(流速高和扰动性强),提升深窄槽加工尺寸一致性,相同的加工参数下最大进给速度从0.24mm/min提升至0.3mm/min,深窄槽宽度和锥度分别从1.82mm和4.52°降至1.59mm和2.47°;建立了脉动场耦合电解铣削多场耦合物理模型,分析了脉动流场-电场不同耦合相位下加工间隙内的传质过程和电流密度分布变化规律,揭示了深窄槽锥度成形机理。并结合试验研究,表明同相位耦合的脉动流场-电场可显著提升加工间隙的内传质过程,降低电流密度差异,提高侧壁溶解一致性,深窄槽侧壁锥度降至1.21°。在项目研究过程中,申请人又提出一种流场-电场脉动耦合电解制孔技术,采用具有楔形端面、侧壁全绝缘的管电极进行电解制孔,管电极旋转,利用楔形端面在正向加工间隙内产生同相位耦合的脉动流场和脉动电场,显著提升加工产物的排出效率,改善加工过程。通过粒子跟踪模型分析了脉动流场对产物排出过程的强化机制,并开展相关试验研究,在进给速度2.22mm/min下加工出直径1.52±0.017mm,内壁粗糙度0.33μm的小孔结构。本项目的开展为航空发动机及燃气轮机关键部件深窄槽结构的精密制造提供强有力的科学和技术支撑,具有重要的科学意义和应用价值。
限域射流电解加工金属表面微结构基础 研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    陈晓磊
  • 依托单位:
激光电解复合铣削难加工材料深窄槽结构基础研究
  • 批准号:
    52211530487
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    10.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    陈晓磊
  • 依托单位:
多孔质模板电极微细电解加工微沟槽技术研究
  • 批准号:
    51705089
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    陈晓磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金