磁场辅助电解加工学习课件.ppt

,磁场辅助电解加工,范植坚 西安工业大学 西安 710032,摘 要,为了解决型孔和型面电解加工时经常出现的杂散腐蚀、束流和空穴等问题，本文采用磁场辅助电解的方法，设计了在阴极体、夹具体内镶嵌磁路和在阴极体侧镶贴永磁体的电解加工装置。 实验结果: 用3坐标测量仪对型面加工的曲面(加工面积为150mm45mm)尺寸进行测量，曲面形状偏差小于0.05mm，型面厚度偏差小于0.02mm,表面粗糙度ra0.2m； （国内型面电解加工精度 0.150.30mm， 国外:当 加工面积20 cm2时，偏差0.075mm) 与不加磁场的电解加工型孔相比，在相同加工条件下，型孔侧壁锥度减小87%。,磁源选择 磁场设计 按加工对象进行磁场辅助 电解加工装置的设计 加工对象 型孔 加工对象型面 实验 电解加工型孔 电解加工型面 分析讨论,内 容,4,目 标,减小电解加工的杂散腐蚀； 消除加工间隙中的束流，空穴 等流场不均匀的现象。,磁场设计的任务,选择磁源; 设计磁路: 决定磁感应强度; 设计磁体的尺寸和几何形状; 在电解加工装置中安置磁体及磁路需要的轭铁等材料.,要 求 使磁力线覆盖加工间隙； 按照加工要求改变电力线方向； 通过切割流线得到均匀流场。,6,加工对象,方孔 12+0.10mm12+0.10mm, 40mm deep,异形孔,型面：4次幂,7,磁源 电磁场 磁路设计将励磁线圈分别绕在工件外侧的夹具体和阴极杆上，阴极采用纯铁。,以减小方孔加工时的侧壁锥度为主要目的的设计,磁场辅助电解加工装置 1-夹具, 2-励磁线圈, 3-工件, 4-阴极，5-导磁杆,experiment mc-50v-b ecm 机床 dc 电源 材料 30crnimov 电压 10v 进给速度 1.5mm/min 15% nano3 电解液压力 1.2mpa,8,将励磁线圈安装到工作在大电流、高压力、小间隙的电解加工装置中并非易事，因为存在以下问题： 线圈的体积硕大; 必须配备专用电源； 必须保证良好的密封和绝缘，否则随电解液泄漏线圈的匝数减少，直接影响加工效果。,减小方孔加工时的侧壁锥度,9,磁源 - 永磁体，具有高矫顽力、高磁能积的钕铁硼提供了允许使用已有较大气隙长度和气隙磁密度的可能性。,experiment mc-50v-b ecm machine tool dc power specimen material 30crnimov prefabricated hole size-11mm x 11mm voltage of 10v the feed velocity 1.5mm/min 15% nano3 pressure 1.2mpa,镶嵌磁体的阴极 1-阴极, 2-绝缘层 , 3-磁体,磁路设计 将磁体嵌入阴极体，n向上， 磁感应强度0.58t,减小方孔加工时的侧壁锥度,10,以消除型孔加工时流线为主要目的的设计,磁路设计 - 在阴极侧壁镶贴永磁体， n,s相间 实验 experiment were carried out in mc-50v-b ecm machine tool dc power specimen material h62 brass voltage of 10v the feed velocity1.5mm/min 10naso4 pressure 1.5mpa,n,s相间镶贴在阴极体侧壁 1-阴极, 2- 绝缘层,3-磁体,1,2,3,11,the experiment data,1,2,3,n,s,试件表面粗糙度 ra0.8 m,侧壁锥度减小 51%,侧壁锥度减小87%.,2,1,3,12,以消除型面加工时的流线为主要目标,铝合金对电解液的流速和流动状态的变化非常敏感，进口压力是保证间隙流速的重要条件，当压力不足、或流速与电流密度不匹配时，很容易出现流纹或表面疵病。,ecm 实验 (未加磁场) djl-02ecm ecm 机床, pulse supply 1000hz, 电极液 12%nano3, 压力 0.4 -0.6 mpa 材料 aluminum 工件面积 160mm 45 mm, 加工时密封在夹具体内的包括非加工 面的总面积 330mm240mm.,13,分析表明铝合金的电解产物是 al (oh) 3 ，粘性大，在压力不足的情况下很容易滞留在工件表面上， 当压力增加到 0.8-1.0mpa, 流纹有所改善. 但是由于流场不均匀，容易产生空穴和束流. 为了改善型面电解加工的流场， 采用切割流线的磁场.,消除型面加工时的流线,14,磁路设计,周期变化磁场,多极内封闭渐变磁路,3,4,消除型面加工时的流线,15,多极内封闭 渐变磁路,多极外封闭 渐变磁路,16,比较,多极内封闭渐变磁路产生的磁场施加到型面加工的间隙，间隙处于多极内封闭渐变磁路的内部，使间隙一方相邻磁体磁力线增密，间隙中磁感应强度b比周期磁路加强10%. 因此选用多极内封闭渐变磁路.,消除型面加工时的流线,17,迭加磁场的电解加工装置,试验条件与不加磁场相同,加工进行中,消除型面加工时的流线,整套设备,消除型面加工时的流线,用加磁场的电解加工装置加工该型面，表面粗糙度为 ra 0.10.2m,消除型面加工时的流线,曲面的形状误差小于 0.05mm,将测量值与设计值（按4次幂方程计算）比较,design value in green sample #45 in blue sample #58 in red,21,对磁场辅助电解加工中间隙磁场的分析,磁感应强度b 可以可通过矢量磁位u 计算。 先观察置于工件下面的单个磁体。 对单个磁体的有限元分析，首先要取边界离磁体足够远，建立模型。,消除型面加工时的流线,22,l1:,：,l2:,求解区域, l1永磁体与其他介质的边界, l2介质之间的边界, m 永磁体的磁化矢量, n 永磁体表面外法线单位矢量 , 磁导率.,引入maxwell方程的微分式，对标量u求解，边界上um =0 。建立方程,b = u,23,材料性质和边界条件如下：,消除型面加工时的流线,24,为了改善计算精度，将加工间隙网格进一步细化 ，如(b).,(a) 整体网格,(b) 加工间隙网格,消除型面加工时的流线,25,磁体2 的磁力线分布 工件中间部位，磁场方向平行于电极，工件的两个端部，磁场方向与电极呈某角度。,磁体1 的磁力线分布,26,实验反映工件中部容易出现结疤现象，拟在中部安排 nd-fe-b ，两端安排铁氧体ferrite。 按单个磁体有限元分析的结果，组合后磁力线 ，可以得到按多极内封闭渐变磁路设计组合的磁路的磁力线分布（图c),(c),为了提高加工间隙的磁感应强度，将上述单个磁体按多极内封闭渐变磁路排列，即如前所示的(b),nd-fe-b,ferrite,3,消除型面加工时的流线,27,结 论,为减小型孔加工时对已加工表面的杂散腐蚀，采用在阴极体内嵌入永磁体(磁感应强度0.58t)，使磁力线与电场正交且紧贴阴极抛光圈，可以改变电力线方向，减小型孔侧壁锥度85-87%； 为消除大面积