基于线状变截面工具电极的小孔径内壁面紊流微结构微细电解加工技术研究

微细电解加工技术是实现金属材料内部三维复杂微结构的关键支撑技术。本项目针对金属材料小孔径（1mm 及以下）内壁面紊流微结构制造需求，采用线状变截面工具电极，以特征尺寸几十至几百微米的孔壁微肋、微槽为加工研究对象，研究微细电解加工技术，构建小孔径内壁面紊流微结构的微细电解加工理论与技术体系。重点解决小间隙复杂流场下（基于线状变截面工具电极的）电解加工产物排出机理、流场对工件表面材料去除影响机理、多场耦合下微细电解加工材料去除及输运机理等基础问题，建立微细电解加工小间隙流场内气-固-液三相流理论模型，掌握多场耦合作用下工件表面材料去除机理，突破小孔径内壁面紊流微结构微细电解加工的特征提取、线状变截面工具电极制备、内壁面紊流微结构高精度高稳定性加工等关键技术，解决孔径尺寸≤1mm的内壁面紊流微结构的加工难题。本项目实施将对航空航天、电子、汽车等领域的小孔径内壁面微结构加工有着重要意义。

本项目针对金属材料小孔径（1mm 及以下）内壁面紊流微结构制造需求，利用电解加工技术，采用线状变截面工具电极，以特征尺寸几十至几百微米的孔壁微肋、微槽为加工研究对象，构建小孔径内壁面紊流微结构的微细电解加工理论与技术体系。主要研究内容包括小间隙复杂流场下（基于线状变截面工具电极的）电解加工产物排出机理、流场对工件表面材料去除影响机理、多场耦合下微细电解加工材料去除及输运机理等基础理论问题；小孔径内壁面紊流微结构加工特征提取与控制技术研究；小孔径内壁面紊流微结构的微细电解加工工艺实验研究。通过本项目研究，可以对孔径尺寸1mm，深径比1-40以内的孔壁紊流微结构进行加工。通过间隙流场理论研究，得出间隙流场流动状态、流道结构等影响着间隙产物排出；通过多场耦合机理研究，得出流场、温度场等对影响着间隙内电解液的电导率分布，从而影响着材料的去除，通过调整加工参数，可以控制材料去除规律，获得好的加工稳定性及加工精度。通过有限元与实验相结合的方法，开发了紊流微结构成型模拟模块，可对一定参数下的微结构成型进行预测，有效的降低了实验成本及周期。该项目的顺利完成，为金属材料内壁面微结构成型提供了可靠的加工方法，有助于促进相关需求行业如航空航天、电子、汽车等的发展。