[发明专利]旋印电解加工过程中最小加工间隙及平均蚀除速率预测法

说明书

一种旋印电解加工过程中最小加工间隙及平均蚀除速率预测法，属于电解加工技术领域。本发明主要是通过建立工件阳极表面材料溶解模型，来模拟实际旋印电解加工过程，利用复变分式线性映射的拉普拉斯方程求解工件阳极表面任意一点电流密度的解析解，采用离散方法，将工件阳极每一圈加工过程离散成若干个极小的时间段，且工件阳极表面材料蚀除厚度沿径向减少，利用Matlab的离散和迭代仿真求解每对转一圈后最小加工间隙及工件阳极表面材料平均蚀除速率的动态变化值。实际旋印电解加工过程中，可以借助本方法获得最佳的电解加工工艺参数，大大节省试验时间，为旋印电解加工参数的选择提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种旋印电解加工过程中最小加工间隙及平均蚀除速率预测法，属于电解加工领域。

背景技术

在机械制造行业中，以航空发动机机匣为例，其壁厚通常在1-3mm,采用传统的机械加工，工件易变形、残余应力大，刀具损耗严重，加工周期长，加工成本较高；采用化铣加工方式，薄壁件的壁厚均匀性、粗糙度难以得到保证，并且使用的强酸性腐蚀溶液，对环境污染较大。薄壁机匣的高精密加工已成为制约航空发动机研制生产的瓶颈。

电解加工是基于电化学阳极溶解去除工件材料，加工过程中具有无工具损耗、不存在加工应力、加工效率高、加工表面质量好等优点，尤其适用镍基高温合金、钛合金等难加工材料。目前已在航空、航天等领域得到广泛应用。

为解决航空发动机机匣加工周期长、壁厚精度差、成本高等难题。南京航空航天大学提出了一种新型的航空发动机薄壁机匣电解加工方法(申请号201410547093.X申请人南京航空航天大学，发明人朱荻朱增伟王宏睿王登勇)，被称为旋印电解加工方法，工具阴极选用薄壁带状结构或刚性回转体结构，阴极表面分布形状各异的凸台或或窗口结构。在加工过程中工具阴极与工件阳极同步对转的同时向阳极进给，整个加工过程中无需更换阴极，可实现一次性加工成型。然而，旋印电解加工与传统拷贝式电解加工存在较大差异，尤其是在工件阳极与工具阴极的运动形式、加工间隙的变化情况、材料蚀除速率的变化情况以及工件阳极与工具阴极表面电场分布等方面。因此，为了更好地研究旋印电解加工过程，需要对旋印电解加工材料蚀除过程进行仿真预测，进而为实现薄壁机匣的高效精密旋印电解加工提供理论指导。

研究人员对电解加工阳极成形过程开展了大量的仿真分析研究：Marius利用解算网格单元节点沿电流密度方向的移动获得阳级的形状变化；Pattavanitch等利用边界元法建立了电解加工过程求解模型；Bieniasz采用有限差分法建立了电化学动力学仿真模型。利用计算机软件仿真技术对阳极材料的溶解速度、加工间隙预测，进而实现对加工形状的预测一直是研究的热点。实际电解加工过程中，加工间隙的变化直接影响电解加工精度，因此能够实现对加工间隙的实时预测调整控制，对于实现电解加工的精确控制意义重大。

上述利用计算机仿真预测电解加工过程，主要是通过有限元法来实现阳极材料的溶解速度、加工间隙的预测。然而，采用有限元法求解电解加工过程，迭代的步数较多，计算量较大，求解过程缓慢。此外，在旋印电解加工中，工件阳极与工具阴极均为环形回转体结构，与传统电解加工存在很大差异。因此，急需提出一种能够快速精确预测旋印电解加工中加工间隙与蚀除速率变化的新方法，进而为旋印电解加工工艺参数的优化选择提供保障。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是提供一种旋印电解加工过程中加工间隙及蚀除速度动态仿真预测方法，能够实现对旋印电解加工工艺参数的优化选择。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：设计了一种旋印电解加工过程中最小加工间隙及平均蚀除速率预测法，包括如下步骤：