【精密与超精密加工】上海理工大学王艳教授团队：超声辅助电解电火花线切割流场仿真及试验研究
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2024-12-13 16:00
北京
电火花线切割在加工过程中避免了传统机械加工过程中产生的宏观力，在加工高硬度、强韧性以及低导热性的金属材料方面表现出色，被广泛应用于航天航空、医疗器械等关键领域。然而，在拥有较高加工精度的同时，随之面临的是加工表面重铸层厚度较大，加工区域内介质循环效率较差以及加工产物无法及时排出等难题。电解电火花线切割是一项将电火花加工与电解加工融合在一起的非接触加工工艺，利用电火花放电去除工件材料，利用电解作用去除电火花线切割后工件表面产生的重铸层，兼具了电火花加工和电解加工优势的同时，克服了两者存在的弊端。近年来，超声振动以其提高加工效率、促进流场介质循环等特点而作为辅助工艺被广泛应用。一些学者通过试验方法，验证了超声振动对于提高电解电火花加工质量具有重要意义。在电解电火花线切割加工领域，气泡管理被视为一个关键问题。在加工过程中，电解反应在加工流场内产生大量气泡，一方面，黏附在电极丝上的气泡降低了电解质电导率，降低了加工效率；另一方面，脱离电极丝的气泡在狭窄流场内堆积，不利于加工的正常进行。因此，上海理工大学王艳教授团队对超声振动辅助电解电火花线切割复合工艺下的气泡脱离模型进行理论分析，通过COMSOL软件对流场流速进行仿真分析，并在此基础上进一步仿真分析超声振动对流场内的气体排出效率。同时采用正交试验研究脉冲宽度、电流峰值以及超声振幅对材料去除率以及表面粗糙度的影响，对超声振动辅助电解电火花线切割的深入研究有重要意义。
关键词：超声振动；电解电火花线切割；表面粗糙度；有限元分析；流固耦合通过理论分析、有限元仿真分析以及试验研究，研究超声振动对电解电火花线切割加工流场以及加工参数对加工性能的影响，得到以下结论：1）通过对电极丝上气泡受力情况进行合理的简化及受力分析，结果显示超声振动能够减小气泡脱离半径使气泡能够更快地脱离电极丝，进而从流场中被排除，从而提高加工效率。2）基于流固耦合，将超声振动的影响作用于流场，分析了超声振动影响下的流场状态，并将气泡作为粒子，对比传统以及超声振动辅助下气泡的排除效率，结果显示，超声振动能够显著提升流场流速并加快气泡排除效率。3）正交试验结果表明，对加工效率影响的显著性依次为峰值电流>脉冲宽度>超声振幅，最优加工参数为ton=12 μs、Ip=6 A、Ausv=8 μm。4）对比试验结果表明，超声振动对提高材料去除率有明显作用，超声振动辅助电解电火花线切割的加工表面没有过电解产生的点蚀现象，表面质量得到明显改善。该文章发表在《表面技术》2024年第53卷第20期。
引文格式：蒋凌霄, 王艳. 超声辅助电解电火花线切割流场仿真及试验研究[J]. 表面技术, 2024, 53(20): 166-174.
JIANG Lingxiao, WANG Yan. Flow Field Simulation and Experimental Study of Ultrasonic Vibration Assisted Wire Electrochemical Discharge Machining[J]. Surface Technology, 2024, 53(20): 166-174.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.20.014
