外文文獻(xiàn)翻譯--脈沖電解液流動鈦合金深小孔的電化學(xué)鉆削【中文4040字】【中英文WORD】,中文4040字,中英文WORD,外文,文獻(xiàn),翻譯,脈沖,電解液,流動,鈦合金,小孔,電化學(xué),中文,4040,中英文,WORD 脈沖電解液流動鈦合金深小孔的電化學(xué)鉆削 1.簡介 具有相當(dāng)高寬比的深孔，如渦輪葉片和葉片上的冷卻孔已廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域[1,2]。這些孔通常由鎳基超合金，鈦合金和金屬間化合物制成，這些材料難以用機(jī)械加工技術(shù)加工。不管材料的機(jī)械性能如何，大多數(shù)都使用非傳統(tǒng)加工技術(shù)。激光鉆孔和放電加工（EDM）在表面上產(chǎn)生重鑄層，必須隨后在需要特定表面拋光的應(yīng)用中去除重鑄層。此外，隨著加工深度的增加，電火花加工中的刀具磨損惡化，加工效率降低。電化學(xué)鉆孔（ECD）可以達(dá)到較高的表面質(zhì)量，不會出現(xiàn)刀具磨損和冶金缺陷。 ECD的固有特性意味著它可以成為在難切削材料中加工深孔的主要解決方案[3,4]。 在工業(yè)應(yīng)用中，開發(fā)酸溶液以避免溶解的金屬離子形成不溶性氫氧化物。 但是，酸性廢水的環(huán)境處理非常昂貴。 因此，已經(jīng)做出許多努力用中性鹽溶液代替酸溶液[5-7]。 在中性水溶液中，電解產(chǎn)物通常在深孔鉆井中凝聚成絮狀結(jié)構(gòu)。 延遲的污泥去除可能阻塞電解液通道，橋接電極之間的連接并引起短路。 用中性鹽溶液去除ECD中的副產(chǎn)物因此決定了控制的準(zhǔn)確性并限制了處理能力。 也已經(jīng)提出了各種方法來加速電解更新。 Skoczypiec [8]發(fā)現(xiàn)電極超聲振動改變了電化學(xué)溶解的條件。 電解液流動以及電極極化由于湍流空化而增強(qiáng)。 Rajurkar和Zhu [9]對工具陰極施加軌道運(yùn)動，這會周期性地?cái)U(kuò)大側(cè)面加工間隙并使副產(chǎn)物的去除更容易。 Hewidy [10]發(fā)現(xiàn)工具陰極的低頻振動改變了正面加工間隙的物理?xiàng)l件并擠出了電解質(zhì)。 Guo [11]發(fā)明了一種同軸方法，通過在新鮮電解液中泵送并在孔入口處提取副產(chǎn)物來限制浸沒區(qū)域并減少廢物的去除。 圖1：具有脈動流動的ECD示意圖 Li等人 [12]逐步增加深孔鉆井中的電解液壓力，以保持必要的電解液速度，以除去副產(chǎn)物。 但是，這個(gè)問題沒有得到圓滿解決。 已經(jīng)證實(shí)脈動流動造成流體流動的周期性波動并改變邊界層的厚度，這在多相流動中已被證實(shí)是有效的[13,14]。 然而，對于電化學(xué)鉆井中的脈動流動的研究還很有限。這項(xiàng)工作主要集中在改善伴隨脈動電解液流動的深孔鉆削中副產(chǎn)物的去除。 還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以研究脈動參數(shù)對鈦合金鉆削中副產(chǎn)物去除率，孔性能和最大加工深度的影響。 2.脈沖電解質(zhì)流的ECD原理 圖1顯示了具有脈動電解液流的ECD的示意圖。與恒定流量的典型ECD過程不同，脈動流量是一種非定常流量，其特征在于質(zhì)量流量和壓力的周期性波動。壓力脈動的典型刺激信號如圖2所示。𝑇和respectively分別表示脈動周期和振幅，𝑝av表示脈動周期內(nèi)的平均電解質(zhì)壓力。在脈動電解液流動的ECD中，工件電連接到脈沖電源的正極，管工具連接到負(fù)極。速度為10-30m / s的脈動電解液被泵入電極內(nèi)與管工具中空部分的間隙。當(dāng)工具電極以恒定速率進(jìn)入工件時(shí)，材料被溶解，形成所需的孔。脈動流的擾動和湍流劇烈攪動混有不溶性污泥和氣泡的電解質(zhì)。攪拌使產(chǎn)品分散得更快，分布更均勻。當(dāng)施加脈動流時(shí)，在加工間隙中產(chǎn)生周期性的低壓區(qū)域，這降低了由電解質(zhì)對副產(chǎn)物引起的壓緊壓力并且增強(qiáng)了電解液的更新。因此，可以提高深孔鉆孔和鉆孔質(zhì)量的加工穩(wěn)定性。 圖2：壓力脈動的典型刺激信號。 3.用脈沖電解液流動的ECD系統(tǒng) 圖3中示出了用于鉆深孔的特定系統(tǒng)，其配備有脈動電解液流。該加工系統(tǒng)由電化學(xué)鉆孔機(jī)，脈動壓力發(fā)生器，電解液循環(huán)系統(tǒng)，工具陰極導(dǎo)向裝置和電源。自主研發(fā)的鉆孔機(jī)可實(shí)現(xiàn)𝑋-𝑌-𝑍軸的精確進(jìn)給。在這個(gè)系統(tǒng)的試驗(yàn)測試中，發(fā)現(xiàn)管電極被迫與脈動流一起振動。在這種情況下，管電極像懸臂梁一樣起作用，并且電極尖端的振動幅度隨著脈動頻率的增加而放大。脈動流動產(chǎn)生的機(jī)械工程振動進(jìn)展會對加工造成危害。因此，設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)向裝置，以限制工具的振動并提高進(jìn)給方向上的孔輪廓圓柱度。 脈動流由伺服控制模塊產(chǎn)生，該模塊在電解液循環(huán)系統(tǒng)中串聯(lián)連接。如圖4所示，該伺服系統(tǒng)由一個(gè)蓄能器，一個(gè)伺服閥，一個(gè)控制器芯片，一個(gè)濾波器和一個(gè)動力單元組成。該模塊的核心部件是Get型電動液壓伺服閥（RT6615E，Radk中國），它可以快速響應(yīng)從0到100 Hz范圍內(nèi)的寬帶激勵信號。該閥的流出量隨著閥芯的位置而變化，閥芯的位置由刺激信號控制。建立實(shí)時(shí)全反饋控制系統(tǒng)來設(shè)置激勵信號并獲取電解質(zhì)壓力。 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 4.1 刺激信號的選擇 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以檢查脈動壓力伺服系統(tǒng)對典型刺激信號的動態(tài)響應(yīng)，如圖2所示。伺服系統(tǒng)出口處的實(shí)時(shí)電解質(zhì)壓力記錄在圖5中。當(dāng)刺激信號頻率為40Hz，電解質(zhì)壓力隨信號波動而一致地變化。當(dāng)鼓勵正弦和三角波時(shí)，保持原始信號的細(xì)節(jié)。然而，當(dāng)鋸齒波和矩形波被驅(qū)動時(shí)觀察到失真。該伺服系統(tǒng)通過伺服閥芯的機(jī)械動作進(jìn)行操作。機(jī)械系統(tǒng)具有耦合延遲和高頻諧波濾波的固有特性，這些高頻諧波會導(dǎo)致信號損失或跳躍信號，例如鋸齒波和矩形波。因此，選擇近似于基波的正弦波以在下面的實(shí)驗(yàn)中驅(qū)動脈動電解液流動。 4.2。 脈動流對產(chǎn)品去除的影響 用不同的電解液流動條件電化學(xué)鉆出厚度為20mm的Ti6Al4V樣品以研究脈動流動對副產(chǎn)物去除的影響。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，我們施加了26V的電壓和0.6mm / min的電極饋送速率。 其他加工參數(shù)列于表1中。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后和清潔前，立即使用3D視頻顯微鏡（DVM5000，Leica，德國）觀察樣品。 深鉆孔的入口特征如圖6所示。圖6（b）所示的孔是用0.4MPa的恒定電解質(zhì)壓力加工的。 在孔的內(nèi)表面上觀察到大量的白色電解質(zhì)產(chǎn)物。圖6（c）至6（f）中的孔用脈沖電解質(zhì)以0.2MPa的幅度鉆孔。 脈動頻率分別為2,5,8和10Hz。 很明顯，當(dāng)施加脈動流時(shí)，殘留產(chǎn)物大部分減少。 圖4：脈動壓力的伺服系統(tǒng) 當(dāng)鈦及其合金溶解時(shí)，離子擴(kuò)散到電解質(zhì)中并形成不溶且容易凝聚成絮狀結(jié)構(gòu)的TiO 2。 此外，TiO2是親水性和粘合性的，并且可能粘附到孔內(nèi)表面并堵塞電解液通道。 這些特性對進(jìn)一步的材料溶解和加工穩(wěn)定性有害。 從圖6所示的結(jié)果可以得出結(jié)論，脈動電解液流動對于減少加工表面上的殘留副產(chǎn)物并加速它們的去除是有效的。 4.3 脈動流對孔性能的參數(shù)影響 在本節(jié)中，進(jìn)行參數(shù)實(shí)驗(yàn)來研究脈動頻率和振幅對深孔鉆削的影響。 圖7顯示了具有脈動參數(shù)的加工間隙的變化。 結(jié)果表明，當(dāng)脈動頻率和振幅增大時(shí)，加工間隙先增大后減小，而加工間隙范圍先減小后增大。 （a）加工間隙隨著𝑓，𝐴= 0.2 MPa而變化 （b）加工間隙隨著𝐴，𝑓= 5 Hz而變化 圖7：脈動參數(shù)對深孔鉆探的影響。 在ECD中，正面加工間隙處的電解液對粘附的絮狀副產(chǎn)物產(chǎn)生壓制壓力。這種效果使得副產(chǎn)品的去除變得困難，并且它們中的一些粘附到墻內(nèi)的孔。當(dāng)施加脈動流時(shí)，在加工間隙中產(chǎn)生周期性的低壓區(qū)域，這降低了由于電解質(zhì)造成的壓緊壓力。隨著脈動頻率和振幅的增加，副產(chǎn)物去除率增加。加工間隙中的電解質(zhì)電導(dǎo)率接近于入口處新鮮電解質(zhì)的電導(dǎo)率，并且電導(dǎo)率分布也是均勻的[15]。因此，加工間隙增加，間隙范圍減小。然而，當(dāng)頻率大于5Hz時(shí)，該加工系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間被細(xì)長管電極和電解質(zhì)液體的慣性延遲。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，當(dāng)脈動頻率增加時(shí)，電極頭會振動，加工過程不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生短路。這是由于這樣的事實(shí)，即特定的引導(dǎo)裝置被限制為當(dāng)脈動頻率增加時(shí)限制工具的振動，特別是當(dāng)電極長時(shí)間超出引導(dǎo)裝置時(shí)。所有這些都會對加工間隙偏差產(chǎn)生不利影響。 當(dāng)脈動幅度大于0.3MPa且時(shí)間在3/4時(shí)，入口處的電解液壓力幾乎為零。 電解液入口和出口之間存在零壓差，并且由電解液流動驅(qū)動的副產(chǎn)物去除停止。 隨著工具進(jìn)入孔中，這種現(xiàn)象變得更糟，這會對孔特性產(chǎn)生不利影響。 從結(jié)果中選擇一組最佳的脈動流量參數(shù)。 當(dāng)頻率為5Hz，振幅為0.2MPa，平均壓力為0.5MPa時(shí)，得到25μm的最小加工間隙偏差。 4.4 施加電壓對深孔鉆削的影響 圖8顯示了施加電壓分別對恒定流量和脈動流量的深孔鉆削的影響。 恒定壓力為0.5MPa，脈動流頻率為5Hz，振幅為0.2MPa，平均壓力為0.5MPa。 電壓在22和25V之間變化。電極饋送速率為0.6mm / min。 圖8（a）顯示了施加電壓對加工間隙和最大加工深度的影響。 圖8（b）顯示了對加工間隙范圍的影響。 在這兩種流動條件下，隨著施加電壓的增加，平均的加工間隙，加工間隙范圍和最大加工深度都增加。 當(dāng)電壓升高時(shí)，電流密度增加，單位時(shí)間的材料去除量增加，這意味著更大的加工間隙。 通過比較相同電壓下的結(jié)果，可以得出脈動流動加工間隙與恒定流動加工間隙幾乎相同，而加工間隙范圍減小的結(jié)論。 即加工精度提高。 此外，脈動流的最大加工深度明顯優(yōu)于恒定流的加工深度。 當(dāng)電壓為22 V時(shí)，以恒定流量鉆出的孔具有0.159 mm的間隙和0.016 mm的間隙范圍，而鉆有脈動流的孔具有0.161 mm的間隙和0.013 mm的間隙范圍。 帶有脈動流的加工深度為12.5毫米，比恒定流量（10.4毫米）深約20％。 當(dāng)電壓為24 V時(shí)，脈動流的最大加工深度為20 mm，比恒流（15.3 mm）深30％。 4.5 電極進(jìn)給速度對深孔鉆削的影響 圖9分別顯示了電極進(jìn)給速率對恒定流量和脈動流量深孔鉆削的影響。 恒定壓力是0.5MPa。 脈動流頻率為5Hz，振幅為0.2MPa，平均壓力為0.5MPa。 電極進(jìn)給速率在0.6,0.8和1.0毫米/分鐘之間變化。 施加的電壓是24 V. 圖9（a）顯示了電極進(jìn)給速度對加工間隙和最大加工深度的影響。 圖9（b）顯示了對加工間隙范圍的影響。 在這兩種流動條件下，隨著電極進(jìn)給速率的增加，平均加工間隙，加工間隙范圍和最大加工深度都減小。 當(dāng)電極進(jìn)給速率增加時(shí)，每單位長度電流攻擊工件的時(shí)間減少，材料去除量減小，這意味著較小的加工間隙。 比較相同電極進(jìn)給速度下的結(jié)果，脈動流的最大加工深度明顯優(yōu)于恒定流的加工深度。 當(dāng)進(jìn)給速率為0.6毫米/分鐘時(shí)，帶脈動流的加工深度為20毫米，比恒流（15.5毫米）深30％。 4.6 鈦合金深孔鉆削 從第4節(jié)中的結(jié)果可以得出結(jié)論，使用高電壓和低電極進(jìn)給速率的參數(shù)組有助于提高最大加工深度。 另外，脈動流動對于提高最大加工深度和深孔直徑的均勻性是有效的。 利用5Hz頻率，0.2MPa振幅，0.5MPa平均壓力，25V施加電壓和0.6mm / min電極進(jìn)給速率的優(yōu)化參數(shù)，在鈦中機(jī)加工了深20mm深和平均直徑1.97mm的深孔 合金，如圖10所示。 5結(jié)論 本文提出了一種脈動電解液流動的電化學(xué)鉆井方法，并對脈動流動對深孔鉆削的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 結(jié)論可概括如下。 （1）隨著正弦規(guī)則變化的脈動流動對于加速副產(chǎn)物去除和減少絮凝產(chǎn)物與孔內(nèi)壁的粘附是有效的。 （2）脈動頻率和振幅的正確增加可以提高副產(chǎn)物的去除率和加工間隙的均勻性，但過高的增加對工藝穩(wěn)定性有害。 （3）在提高最大加工深度和加工精度方面，脈動流量優(yōu)于恒定流量。 致謝 作者感謝國家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金提供的財(cái)政支持。 9