电解加工阴极闭环设计方法的基础研究

摘要

电解加工是一种特种加工方法，是制造难切削材料、扭曲且薄的叶片三维复杂曲面的主要工艺方法之一。阴极工具设计是电解加工首先要解决的问题，由于难以精确掌握加工的成形规律，阴极设计也是电解加工技术中的难点和重点。
　　目前国内外大多数阴极工具设计的方法是由工件型面计算阴极工具的“开环式”设计思路，得到的阴极往往是初始型面，大多要借助实验加以人工修正才能加工出符合要求的工件。本文提出了一种电解加工阴极闭环设计的新方法，由已知的工件型面和加工要求，从设计初始阴极型面、经过工件成型预测到将工件的型面误差反馈再设计阴极，如此循环迭代提高阴极设计精度和效率，同时一定程度地降低设计成本。
　　本文以某发动机压气机叶片全方位电解加工成形为研究对象，建立了具有复杂曲面、大曲率变化的间隙模型，根据流体力学理论，建立了描述电解液流速、压力、温度等参数变化的动力学方程组，并进行解析。根据电化学理论，将影响流场特性的主要参数代入电导率计算模型中解析，借助 MATLAB计算并绘制出复杂流场的电导率随空间位置不同的分布图。采用cosθ法设计阴极初始型面，并考虑空间位置函数电导率的影响，使得阴极初始型面的设计在一定程度上更加符合实际。
　　为建立阴极闭环设计模型，本文针对工件成形的预测进行了研究，采用人工神经网络技术建立了电解加工主要加工参数、待修正阴极型面与工件型面关键点的形状误差之间的关系，使用实验数据做样本文件对网络进行了训练，使网络的预测精度达到±8％以内。
　　以空间Fourier变换和频域传递函数为基础，建立了工件型面的形状误差与待修正阴极之间的映射关系，采用简易算法由试件截面线修正阴极截面线，初步完成了阴极闭环设计的过程。
　　结合上述关键技术的研究，本文在UG软件平台上开发了电解加工阴极闭环设计系统软件，该软件包括设计工具阴极初始型面、工件成型仿真预测及数字化修正阴极型面三大功能。
　　本文以复杂曲面为研究对象，深入地研究了复杂间隙内电解液电导率的实际分布规律，有助于进一步掌握电解加工成形规律；进行了将试件型面误差反馈修正阴极环节的闭环设计，为提高电解加工阴极设计精度和效率做了前期的基础性工作。

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符号说明

1 绪论

1.1电解加工简介

1.2电解加工的发展现状

1.3电解加工阴极设计方法

1.4本课题的研究意义和研究内容

2 电解加工阴极设计

2.1叶片电解加工简介

2.2基于极间间隙内简化电场模型的设计

2.3复杂极间间隙内流场分布规律分析

2.4电解液电导率的分析

2.5考虑实际流场分布的cosθ法设计

2.6本章小结

3 电解加工阳极工件成形预测

3.1阴极闭环设计模型

3.2阳极工件型面预测的研究方案分析

3.3人工神经网络预测工件成形

3.4阳极型面预测结果

3.5本章小结

4 阴极闭环设计

4.1闭环控制基本理论

4.2阴极闭环设计中的反馈修正

4.3阴极工具修正的实现

4.4阴极型面截面线修正实例

4.5本章小结

5电解加工阴极闭环设计系统开发

5.1 UG软件的应用

5.2 UG软件的技术支持

5.3闭环设计系统功能开发

5.4软件系统运行结果

5.5本章小结

总结与展望

论文研究工作总结

未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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