三維復(fù)雜曲面電解加工極間流場(chǎng)特性及數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，復(fù)雜結(jié)構(gòu)、特殊材料的零件不斷涌現(xiàn)，電解加工已成為難切削導(dǎo)體材料、復(fù)雜型面零件的主要加工方法之一。電解加工無(wú)明顯的工具損耗、加工效率和表面質(zhì)量相對(duì)較高。由于目前復(fù)雜曲面類零件電解加工的成形規(guī)律還沒(méi)有被完全掌握，電解加工精度的提高仍受到一定的限制。
　　在電解加工中，極間間隙的流場(chǎng)分布情況是影響電解加工精度與質(zhì)量的重要因素之一。電場(chǎng)與流場(chǎng)相互影響，同時(shí)又伴隨著電化學(xué)變化。極間間隙是一個(gè)復(fù)雜的耦合場(chǎng)，研究復(fù)雜曲面電

2、解加工的極間流場(chǎng)特性及分布規(guī)律，有助于完善電解加工成形規(guī)律理論，提高電解加工的加工精度和表面質(zhì)量。
　　本文以某壓氣機(jī)葉片葉身曲面和緣板整體成形為研究對(duì)象，建立了具有大曲率變化的“L”型復(fù)雜曲面的間隙模型，采用分塊、分層的分析思想，將整體流場(chǎng)模型劃分成M塊、N層，對(duì)“L”型流場(chǎng)的特性和分布規(guī)律進(jìn)行研究。在每個(gè)分析單元內(nèi)，根據(jù)流體力學(xué)理論建立了描述電解液流速、壓力、溫度等參數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)方程組；根據(jù)電化學(xué)理論，將影響流場(chǎng)特性的主要參

3、數(shù)代入電導(dǎo)率計(jì)算模型中解析。將單元分析結(jié)果組合，利用MATLAB繪制出“L”型流場(chǎng)的電導(dǎo)率分布圖。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)極間間隙中，電導(dǎo)率值隨空間位置的不同而變化，這在一定程度上更加符合實(shí)際的分布情況。
　　借助流體分析軟件 Fluent對(duì)“L”型間隙中電解液的流速、壓力等分布情況進(jìn)行模擬，仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)流場(chǎng)參數(shù)在曲率突變的區(qū)域較其它區(qū)域發(fā)生了明顯的變化。本文根據(jù)流體力學(xué)動(dòng)量定理，從“擠壓”和“碰撞”的角度對(duì)流場(chǎng)大拐角處速度和壓力變化的機(jī)理進(jìn)行

4、了探索性分析。
　　為了降低流場(chǎng)出現(xiàn)“死水區(qū)”的可能性，本文在傳統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出直線過(guò)渡型流場(chǎng)和圓弧過(guò)渡型流場(chǎng)模型。對(duì)比各種形式下速度、壓力的分布，并對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出采用“分流通道”的方式，避免復(fù)雜流場(chǎng)中出現(xiàn)“負(fù)壓區(qū)”。
　　最后，利用Workbench的優(yōu)化分析功能建立電解液入口速度、入口壓力、背壓與平均速度、平均壓力、最小壓力之間的映射關(guān)系，并繪制相應(yīng)的敏感度關(guān)系曲線。以電解液的平均速度、最小壓力為目