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基于多孔喷嘴技术的阵列微织构仿真与实验

陈朝大 巫少方 单亮 李康兴 邹宝健 吴思洋

陈朝大, 巫少方, 单亮, 李康兴, 邹宝健, 吴思洋. 基于多孔喷嘴技术的阵列微织构仿真与实验[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 26-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.004
引用本文: 陈朝大, 巫少方, 单亮, 李康兴, 邹宝健, 吴思洋. 基于多孔喷嘴技术的阵列微织构仿真与实验[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 26-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.004
CHEN Chaoda, WU Shaofang, SHAN Liang, LI Kangxing, ZOU Baojian, WU Siyang. Simulation and experimental of array microtexturing based on porous nozzle technology[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 26-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.004
Citation: CHEN Chaoda, WU Shaofang, SHAN Liang, LI Kangxing, ZOU Baojian, WU Siyang. Simulation and experimental of array microtexturing based on porous nozzle technology[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 26-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.004

基于多孔喷嘴技术的阵列微织构仿真与实验

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.004
基金项目: 2023年广东省普通高校自然科学类平台和项目(重点领域专项2023ZDZX2051);2023年度广州市高等教育教学质量与教学改革工程(2023CJRHJD002)
详细信息
    作者简介:

    陈朝大,男,1979年生,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为特种能场加工与增材制造,发表论文26篇,教育部高等学校教师国内访问学者,广东省南粤优秀教师。E-mail:cdchen_edu@126.com

    通讯作者:

    巫少方,男,1986年生,博士,助理研究员,研究方向为机械设计与制造、自主机器人技术,发表论文6篇。E-mail: sfwu_edu@126.com

  • 中图分类号: TG66

Simulation and experimental of array microtexturing based on porous nozzle technology

  • 摘要: 射流电解加工单孔喷嘴系统存在显著不足,不能适用于大规模表面微织构制造,因此提出多孔条形喷嘴加工工艺。利用不受加工结构限制的3D 打印技术制作多孔喷嘴模型,搭建射流电解加工实验装置。利用Comsol软件进行流场与电场仿真,以喷嘴到工件表面流速大小和电流密度等为评价依据,对喷嘴腔体内部流道进行优化。研究表明,条形喷嘴结构能够形成形态稳定的射流,对工件实现高效加工。当加工电压为475 V、占空比为70%时,材料去除率达到峰值。

     

  • 图  1  工件设计图

    图  2  多孔条形喷嘴的三维模型及实物图

    图  3  不同喷嘴出水口处平均流速和压力值

    图  4  工件表面压力和速度等值图

    图  5  电势等值线图

    图  6  工件表面电流密度等值线图

    图  7  不同电压对应的电压云图和电流密度曲线

    图  8  脉冲电压峰值对凹坑深度、宽度的影响

    图  9  脉冲电压峰值对材料去除率MRR(mm3)、腐蚀系数EF影响曲线图

    图  10  脉冲电压占空比对凹坑深度、宽度的影响

    图  11  脉冲电压占空比对材料去除率MRR(mm3)、腐蚀系数EF影响曲线图

    图  12  最优参数组合加工凹坑阵列和形貌测量图

    表  1  测试射流压力均匀性实验

    喷嘴编号 实验次序(单位:104 Pa) 平均值
    1 2 3
    1 1.25 1.30 1.23 1.26
    2 1.22 1.19 1.19 1.20
    3 1.33 1.25 1.32 1.30
    4 1.28 1.23 1.24 1.25
    5 1.25 1.31 1.28 1.28
    6 1.29 1.23 1.23 1.25
    7 1.21 1.16 1.17 1.18
    8 1.36 1.42 1.36 1.38
    9 1.40 1.33 1.35 1.36
    10 1.15 1.18 1.15 1.16
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    表  2  脉冲高压电射流加工凹坑试验参数

    工艺参数 参数值
    电解液压力P/MPa 0.3
    脉冲电压峰值U/V 350, 375, 400
    425, 450, 475
    脉冲电压频率f/Hz 1 000
    脉冲电压占空比r/(%) 50
    喷嘴与工件距离d/mm 2.5
    下载: 导出CSV

    表  3  脉冲高压占空比电射流加工凹坑试验参数

    工艺参数 参数值
    电解液压力P/MPa 0.3
    脉冲电压峰值U/V 400
    脉冲电压频率f/Hz 1000
    脉冲电压占空比r/(%) 10, 30, 50,
    70, 90, 100
    喷嘴与工件距离d/mm 2.5
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2023-12-25

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