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[硕士论文] 王裕棣
机械制造及其自动化 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:针对传统直流/脉冲电解加工工艺在小间隙加工时电解产物及热量排出困难的现状,振动进给电解加工工艺孕育而生。在振动进给电解加工过程中,阴极振动与脉冲电源同步匹配,在小间隙时发生电化学腐蚀、大间隙时进行电解液冲刷,从而改善了加工间隙过程中的理化特性,提高了加工精度和表面质量。
  目前,制约振动进给电解加工技术进一步发展的原因之一,就是缺少有效的仿真模型来对加工过程进行分析。振动电解加工过程涉及电场、流场、温度场、几何变形场等,分析各个场参数对最终阳极型面的影响关系十分困难。因此,本课题主要建立振动条件下多场耦合仿真模型,通过动态仿真模拟掌握其机理及影响规律,从而为实际加工中阴极设计与参数优选提供理论依据。
  基于COMSOL Multiphsics有限元仿真平台,建立壁函数法与湍流模型相结合的流场仿真模型。针对振动条件下阴极边界单元反转造成计算不收敛情况,采用自由剖分四边形和自由剖分三角形对加工区域进行混合构建。通过流场瞬态模拟得到阴极振动对电解液流速、流量与压力的影响规律,同时,对流场多步长稳态求解得到的速度分布与瞬态求解得到的结果进行对比分析。
  通过对各物理场进行分析,基于电压模型建立起振动进给电解加工温度场耦合模型,探究了单位周期内温度变化规律。针对流场瞬态求解计算时间过长的问题,提出了流场多步长稳态求解和基于COMSOL的循环迭代求解算法,并进行误差分析,结果表明,此方法能极大地降低计算求解时间,同时将误差控制在合理范围内。利用循环迭代法分析了各种工艺参数对极间间隙温度分布的影响。
  针对多时间尺度求解和参数循环迭代困难的情况,利用COMSOL with MATLAB对整个加工过程进行联合仿真,通过脚本修改实现COMSOL自动循环计算,同时分析了各种工艺参数对阳极材料去除的影响。
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