超声振动辅助电解磨削加工GH625镍基高温合金工艺及机理研究

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GH625镍基高温合金由于具有高强度、耐腐蚀、高硬度和抗氧化等优点,因而广泛应用于航空航天、船舶制造业、能源工业等领域。随着材料性能的提升,材料加工的难度也随之增加,采用车铣刨磨等方式加工难加工材料将会导致磨削热高、刀具磨损快、加工表面硬化等问题,进而降低样件表面质量和尺寸精度。超声振动-辅助电解磨削技术(UAECG)是一种有效的加工方法,以超声振动加工、电化学和磨削加工三种加工方式进行结合,利用机械磨削、电化学溶解、超声振动空化效应和液相传质相结合的方法,实现材料的高效精密加工。本文利用该复合加工技术对GH625镍基高温合金材料进行小孔加工,并研究其加工工艺和机理,主要内容如下:1.阐明了超声振动电解磨削的原理、加工参数和应用场合,搭建了复合加工实验平台,包括电主轴控制系统、机床加工系统、高频脉冲电源系统及电解液循环系统,并优化改进了工装夹具。2.构建电化学实验平台,并利用该平台测试GH625镍基高温合金材料的极化曲线。获得了不同温度条件下,样件基体材料在不同成分和浓度电解液中的极化曲线,分析了样件材料表面的极化行为及钝化特性,最终确定温度为20℃、浓度为10wt.%的NaNO3电解液用于实验研究。结合电流效率对GH625进行实验,分析了其加工过程中的材料去除率与电流密度关系,绘制了电流效率曲线,获得不同电流密度下所对应的微观组织、形貌和表面质量,揭示其电解蚀除加工规律。3.构建复合加工数学模型,结合电化学加工理论分析该复合加工技术的加工规律。通过建立预加工小孔和扩孔物理模型从而对加工间隙流场分布进行仿真研究。在扩孔加工过程中,通过滑移网格技术为阴极磨头施加不同旋转速度,分析加工间隙流场的速度分布和压力分布。仿真结果表明,随着阴极转速的提高,加工间隙流场的速度和压力均得到提高,加工产物随着流场的流动及时排出加工区,新的电解液及时补充到加工间隙,优化了加工环境。4.利用实验平台对GH625镍基高温合金进行超声振动-辅助管电极预加工小孔和超声振动辅助-电解磨削扩孔实验。通过研究电压、电解液浓度和振幅比等因素对小孔的加工精度和加工质量的影响,从而得到最佳的加工参数组合,实现GH625的高效精密加工。
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