开题报告-脉冲电解射流加工喷射装置设计

PAGE南京理工大学紫金学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计(论文)题目：脉冲电解射流加工喷射装置设计指导教师:2010年3月12日

开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述随着科学水品的不断提高，小型化、微型化是21世纪产品发展的主要趋势[1]。从加工尺度特征划分，通常将1-1000μm的加工成为微细[2]（Micro）加工，现在人们开始将注意力由传统加工转向非传统加工。特种加工包括电火花加工、电化学加工[3]、激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子弧加工、超声加工[4、]化学加工、快速成形[5][6]。能处理高强度、高韧性、高耐磨、耐高温、耐冲击、抗疲劳等高性能的材料[7]。其中电解射流加工也是特种加工一种特殊应用，由于喷射出来的电解液直径很小，可以对微小复杂形状的工件进行加工。电射流加工工艺是高压液束小孔加工方法之一，在金属型管电极小孔加工方法基础上发展起来的一种小孔加工方法[8]。在正、负极之间加上高压电。小流量的电解液压入导电密封头进入喷射装置中，被压入喷射装置的液体以高速流的形式，通过高压电场的作用，射向加工工件的待加工部位，进行“切削”加工。电射流小孔加工技术一般运用到高科技领域；如现在广泛应用于液体火箭发动机整体涡轮转子叶片的加工[9]。电解射流加工主要特点：(1)生产率高，约为电火花加工的5到10陪，在一定条件下，比切削加工的生产率还高，如复杂型孔，型面和型腔一次成型。且加工生产率与加工精度和表面粗超度没有相互制约的关系。这样，就有可能使上述三项工艺指标同时得到提高。(2)电射流加工方法可达性好。它可以实现其他加工方法不能实现或难以实现的特殊角度位置的小孔加工。(3)加工范围广，不受金属材料本身材硬度、强度、和韧性的限制，没有残余应力，可以加工薄壁、弹性等零件。(4)表面质量好，因为没有切削力，不会产生冷作硬化层；因为是常温下电化学溶解，不会产生表面变质层，没有显微裂纹；没有飞边毛刺；表面粗糙度好。(5)与传统电解加工工艺相比,可加工出直径更小的孔。应用电射流送进法加工的小孔直径可达0.125mm,采用不送进法可加工出直径0.025mm的小孔。(6)工具阴极理论上不消耗[10]。在工艺参数控制得当、设备条件良好的情况下可重复使用。电射流加工小孔时，被加工工件接正极，在呈收敛形状的绝缘玻璃管喷嘴中有一个金属丝或金属管接负极，在正、负极之间加上300～l000V高压直流电。被压入玻璃管内的液体(压力一般为0.6MPa左右)以高速流的形式，通过高压电场的作用，射向加工工件的待加工部位。玻璃电极可以送进，也可以不送进。采用不迭进加工时，由于需要克服长距离的电极通道阻力作用，所以加工时电解液压力比前者高,最大压力为14MPa[8]。但采用玻璃管易破碎而影响加工过程的稳定性，用金属作为喷头、喷嘴的制作材料，省去了金属丝或金属管的阴极，其电场效果也更好。喷嘴的设计对加工精度，加工质量，破碎长度等一些因素的影响是很重要的。首先要注意其内部流道型线的设计，不同内部流道型线的喷嘴对流动具有不同的阻滞效果。要获得较佳的外部流场参数,优化喷嘴内部流道设计十分重要。目前国内外学者对喷嘴内部流道型线影响的研究多着眼于收缩-扩张型的超音速喷嘴以及不可压的低速射流状况(100m/s以下)[11]。喷嘴是射流设备的重要元件,其制约着系统的各个部件。对于喷嘴的整体设计型式,按形状区分有针形喷嘴、扇形喷嘴、异形喷嘴等。现在出于性能和加工的综合考虑,实际应用大多是针形喷嘴。最后基于流体动力学以及Fluent软件仿真研究喷嘴内部流道对射流结构的影响，设计出满足工艺试验的喷嘴，使其喷射出的电解射流集中度高、不发散，保证流场的质量、更好的满足工艺要求。20世纪90年代以来，微秒级脉冲电流电解加工基础工艺研究取得突破性进展。研究表明，此项新技术可并可实现0.05mm以下的微小间隙加工。型腔最高精度可达0.05mm，最低表面粗糙度可达Ra0.40μm[12]。国外电解液射流法可以加工出直径为0.076-0.76mm的微小孔，该方法已成功用于涡轮叶片上大量冷却孔的加工，深径比达几十，加工速度达3mm/min[13][14]。在一些特殊的应用场合，如电子工业中微小零件的电化学蚀刻加工(美国IBM公司)、微米级浅槽加工(荷兰飞利浦公司)、微型轴电解抛光(日本东京大学)已取得了很好的加工效果，精度已可达微米级[15]。美国、英国、俄罗斯都高度重视数控电解细微加工技术的研究并已得到应用，在新型航空发动机及航天火箭发动机的研制中发挥了重要作用。美国GE公司的五轴数控电解加工[16]，美国、俄罗斯仿形电解加工带冠整体叶轮代表了数控细微电解加工整体叶轮的国际先进水平[12]。经过30多年的发展，电解加工已成为一种定型工艺。电解加工在我国的发展经历了大起大落的过程[17]。我国在过去研究基础上，对发达国家的先进制造技术应用情况进一步分析，结合研制不断改进。创造性地发展具有我国特点的加工工艺，改称电液束。并加紧对机床设备的研究制造。在此期间我们研制了CNC三坐标数控电液束加工机床。运用电液束法加工出了无再铸层、无微裂纹、无热影响区的气动性能好的新机全型叶片。并且已通过装机试车。并且研究制造了各种玻璃管电极，对各种金属材料和高温合金材料进行电射流加工工艺试验，进行了电解液选择试验，对电射流加工孔径与加工参数、电解液参数、进给速度和玻璃管电极尺寸的影响规律进行了研究[18]。参考文献：[1]陈伦军，李刚，赵万生.微细特种加工的最新研究进展[J].电加工与模具,2006,3：24-28.[2]T.Masuzawa..Three-DimensionalMicromachiningbyMachineTools.AnnualsoftheCIRP.1997,46(2):621-628.[3]郭永丰.电化学加工技术[M].2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005,2-5.[4]曹风国.超声加工技术[M].北京：化工工业出版社，2005,1-10.[5]刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工[M].5版.北京：机械工业出版社，2008,169-172.[6]胡传炘，夏志东.特种加工手册[M].北京：北京工业大学出版社，1995,180-198.[7]曾繁章，郭钟宁，刘江文.微细电化学加工技术[J].机电工程技术，2005，34（5）:11-14.[8]施文轩，张明歧，殷昱，吴志刚.电射流加工工艺研究和发展[J].电加工与模具,2001，（1）：36-38.[9]宋红，文吴伟.特种加工在航天制造业中应用研究[J].机械设计与制造,2009,2：266-268.[10]朱树敏.脉冲电流电解加工[J].合肥工业大学.1993,2.[11]何枫,谢峻石，杨京龙.收缩喷嘴内部流道型线对射流流场的影响[J].应力力学学报,2001，18（4）：114-120.[12]王建业，罗干英．功率电子技术与电加工[J]．电加工，1998，6：5-8.[13]施纪红.微小孔徵细电解加工控制系统设计[J].电气与自动化,2009,38（3）：137-138.[14]朱获，王明环，明平美.等．微细电化学加工技术[J]．纳米技术与精密工程，2005,3(2)：151-155．[15]朱荻.纳米技术与特种加工[J].电加工与模具，2002,2:1-5.[16]范植坚，王天城.电解加工技术及其研究方法[M].北京：国防工业出版社，2004,1-5[17]刘正埙.我国特种加工技术的回顾与展望[J].电加工，1999，5：6-11.

毕业设计（论文）开题报告２．毕业设计课题任务的内容和要求以及和拟采用的方法：研究内容和要求：（1）掌握电解射流加工的基本机理和基本方法，掌握脉冲电解射流加工试验装系统的基本组成及基本设计方法，具备试验装置系统设计能力和工程图绘制能力。（2）研究高压喷射电解液束的射流结构，设计制造出能用于工艺试验的喷射装置并结合相关工艺试验进行验证和优化。拟采用的方法：（1）通过老师的辅导和阅读相关文献资料熟悉微尺度条件下高压电解射流加工机理，为设计、制造脉冲电解射流加工技术研究的试验装置奠定基础。（2）熟悉微尺度条件下高压电解射流结构，进行脉冲电解射流加工技术研究试验，从毛细管流体动力学入手，结合喷嘴内部流道对电解射流的影响，结合仿真模拟设计出高效最佳的喷嘴。（3）根据课题组的研究成果以及自己参与工艺试验的过程，应用理论计算进行验证结构设计，进一步优化加工装置系统。

毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1．对“文献综述”的评语：针对电解射流加工技术进行了较为广泛的文献检索和阅读，对其加工原理、技术经济效果和加工装置进行了论述分析，对国内外研究现状有了比较全面的了解和掌握，基本原理、基本方法、基本装置设计已经有了了解，论述观点正确，内容较全面。2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题是在研江苏省自然科学基金的研究项目，需要学生参与实质性的科研工作，并结合工艺试验设计制造并优化复合加工装置，涉及知识面比较广泛，工作量较大，但已经有较好研究基础，开题报告表明学生对需解决的问题明确，拟采用的研究方法可行，通过学生的努力，能够完成预计工作，达到预期效果，同意开题。