复合能场作用下磨粒射流加工新技术基础研究

A new high effective precision abrasive jet technology which applied recombination energy including mechanical,electrical field as well as chemical action to difficult-to-cut metallic matrix materials surface is proposed. The principal of this technology is that the workpiece surface material is removed by the action of compound energy field including mechanical,electrical and chemical effect and different energy can be strengthened reciprocally. So the machining efficiency can be increased greatly while high quality surface can be achieved. In this project, firstly, on the basis of investigating the mechanism of multifield coupling action and the multiphase flow as well as different energy simultaneous to material removal,the material removal mechanism for this technology can be presented. Secondly, an experimental equipment will be developed based on the mechanism studying above. And then the mathematic model of material removal characteristic for this technology and the surface integrity as well as machining control technology will be studied.The machining process for this technology will be researched on this experimental equipment. At last, a new high effective precision machining method to difficult-to-cut materials can be obtained. The achievement of this project can be widely applied to machine the difficult-to-cut metallic matrix materials for the field of aviation, space, national defence and civil. It is very important for us to break through the blockage of technology and improve the level of high effective precision machining of our country.

本项目针对航空航天用难加工材料复杂形状零件高效精密加工的技术难题，提出一种综合利用机械、电、化学、射流流场等复合作用实现难加工材料高效去除加工的新方法。该方法将多种能量（机械、电、化学）同时作用于工件材料表面，在加工过程中各能量相互促进，在获得高质量表面的同时大幅度提高加工效率。通过研究磨粒射流流场、电场、化学能场多场耦合作用对材料去除的作用机制、多相流对加工过程的影响机制以及多能量共同作用时对材料去除的相互作用机制，揭示复合能场作用下磨粒射流加工的材料去除机理，建立材料去除特性模型；并对加工表面完整性及加工过程控制技术进行研究，在此基础上研究实现该方法的实验装置及加工工艺，最终形成一种适用于金属基难加工材料复杂形状零件高效精密加工的新技术。其研究成果可应用在航空、航天、国防及民用等领域，有着广阔的应用前景，对突破国外的技术封锁，提高我国难加工材料复杂形状零件加工的技术水平具有重要意义。

本项目针对航空航天用难加工材料复杂形状零件高效精密加工的技术难题，提出了一种综合利用机械、电、化学、射流流场等复合作用实现难加工材料高效去除加工的新方法。该方法将多种能量（机械、电、化学）同时作用于工件材料表面，在加工过程中各能量相互促进，在获得高质量表面的同时大幅度提高加工效率。首先，从能量转化的角度，分析了复合能场作用下磨粒机械能促进电化学加工的增强机制，研究表明：磨粒机械能转化为金属的变形能和表面能，提高了金属表面的电化学势，促进了电化学加工；分析了复合能场作用下不同能量作用的耦合机制，研究表明：复合加工过程中磨粒的机械作用过程与电化学作用过程相互促进，大幅度地提高了材料的去除效率，磨粒的机械作用还可以提高电化学加工过程中材料去除的均一性，提高复合加工的表面质量；其次，结合磨粒射流加工冲击磨损去除模型和Finnie塑性剪切磨损去除模型，建立了塑性材料磨粒射流加工去除模型；结合磨粒射流加工去除模型和电化学射流加工模型，建立了复合能场作用下磨粒射流加工去除模型，结果表明，复合加工中材料去除是以电化学加工为主、磨粒射流加工促进电化学加工，复合加工去除率大于电化学射流加工与磨粒射流加工去除率之和；对喷射区域的流场和电场进行了仿真，得到了流体的静压和速度分布规律和工件表面电场强度的分布规律；对磨粒电解质混合液耦合流场进行了仿真，探讨了射流加工区磨粒的运动机制，研究表明，磨粒在射流加工区的速度较高，磨粒能够穿过射流加工的静压区直接与工件发生作用而去除材料；最后，研制了复合能场作用下磨粒射流加工装置，该装置能够实现磨粒射流加工、电化学射流加工以及电化学磨粒射流复合加工，通过工艺实验得到了复合加工工艺参数对材料去除率和表面粗糙度的影响规律；进行了电化学磨粒射流复合加工平面实验，取得了较好的加工效果，研究结果表明：该加工方法在国防军工、航空航天等具有广阔的应用前景。