兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (8): 2368-2380.doi: 10.12382/bgxb.2022.0318
王明环1,2,*(), 吕明1, 何凯磊1, 郑劲松1, 许雪峰1,2
收稿日期:
2022-04-28
上线日期:
2023-08-30
通讯作者:
基金资助:
WANG Minghuan1,2,*(), LÜ Ming1, HE Kailei1, ZHENG Jinsong1, XU Xuefeng1,2
Received:
2022-04-28
Online:
2023-08-30
摘要:
为探究超声辅助微细电解加工(UAEMM)间隙电解液内产生的空化微射流对材料蚀除的影响,建立微射流冲击工件表面流固耦合模型,通过数值仿真研究高速微射流冲击下工件表面微观塑性形变规律以及微变形对电场分布的影响规律,并进行了超声空化实验验证。研究结果表明:微射流冲击工件表面产生若干深度约0.12μm、凸起约0.04μm的空蚀坑;在外加电场下,空蚀坑凸起处的电流密度和蚀除深度较原始工件表面处提高1.2倍;进一步的凹坑成形加工实验结果表明,在超声振幅10μm、加工时间5s、加工间隙50μm工况下,与微细电解加工相比,UAEMM凹坑蚀除深度从20μm提高到100μm,同时成形凹坑底部粗糙度Ra从290nm降低到40nm;超声能场下间隙大量空化微射流促进了微细电解加工效率、加工后工件表面质量。
中图分类号:
王明环, 吕明, 何凯磊, 郑劲松, 许雪峰. 超声辅助微细电解加工间隙空化微射流对材料蚀除的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2368-2380.
WANG Minghuan, LÜ Ming, HE Kailei, ZHENG Jinsong, XU Xuefeng. Effect of Cavitation Micro-jet in Interelectrode Gap on Material Erosion in Ultrasonic Assisted Electrochemical Micromachining[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(8): 2368-2380.
加工参数 | 数值 |
---|---|
电解液中声速/(m·s-1) | 1450 |
电解液的密度/(kg·m-3) | 1067 |
泡内蒸气压强/Pa | 2330 |
声压幅值/MPa | 0.9 |
电解液压强/MPa | 0.1 |
表1 间隙空化微射流参数值
Table 1 Parameters of cavitation micro-jet
加工参数 | 数值 |
---|---|
电解液中声速/(m·s-1) | 1450 |
电解液的密度/(kg·m-3) | 1067 |
泡内蒸气压强/Pa | 2330 |
声压幅值/MPa | 0.9 |
电解液压强/MPa | 0.1 |
材料 | 伸长 率/% | 泊松 比 | 杨氏模 量/MPa | 黏度/ (MPa·s) | 声速/ (m·s-1) | 密度/ (kg·m-3) |
---|---|---|---|---|---|---|
6061 铝合金 | 20 | 0.33 | 74500 | 6320 | 2750 | |
电解液 | 1×10-9 | 1450 | 1067 |
表2 材料特性参数
Table 2 Material characteristic parameters
材料 | 伸长 率/% | 泊松 比 | 杨氏模 量/MPa | 黏度/ (MPa·s) | 声速/ (m·s-1) | 密度/ (kg·m-3) |
---|---|---|---|---|---|---|
6061 铝合金 | 20 | 0.33 | 74500 | 6320 | 2750 | |
电解液 | 1×10-9 | 1450 | 1067 |
σs/MPa | γ/MPa | n | S | m | T0/K | Tm/K |
---|---|---|---|---|---|---|
104.08 | 83.53 | 0.36 | 0.041 | 2.387 | 293 | 925 |
表3 6061铝合金的Johnson-Cook本构参数[27]
Table 3 Johnson-Cookconstitutive parameters of Al 6061[27]
σs/MPa | γ/MPa | n | S | m | T0/K | Tm/K |
---|---|---|---|---|---|---|
104.08 | 83.53 | 0.36 | 0.041 | 2.387 | 293 | 925 |
工艺参数 | 数值 |
---|---|
电解液配比(NaNO3∶H2O) | 1∶9 |
加工电压/V | 10 |
加工间隙/μm | 40,50,60,70 |
超声频率/kHz | 28 |
超声振幅/μm | 1,4,7,10 |
加工时间/s | 5 |
表4 超声电解加工实验参数
Table 4 Experimental parameters for UAEMM
工艺参数 | 数值 |
---|---|
电解液配比(NaNO3∶H2O) | 1∶9 |
加工电压/V | 10 |
加工间隙/μm | 40,50,60,70 |
超声频率/kHz | 28 |
超声振幅/μm | 1,4,7,10 |
加工时间/s | 5 |
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