基于选择性区域磁场吸附磨粒的电化学机械复合加工方法及装备研究

本项目提出了一种基于选择性区域磁场吸附磨粒的电化学机械复合加工新方法和新工艺。研制新型的电极磁极交替式复合工具，建立完备的试验装置，通过优选的加工工艺参数，包括电参数、磁场参数、运动参数、工具几何参数、磨粒参数、工作液的成分与配比等，实现稳定地对金属基复合材料进行高效率、高精度和高质量加工目的。应用分子动力学和有限元相结合的方法对加工过程进行仿真模拟，构造合理的动力学模型，揭示基于电极磁极交替式工具的高效加工机理，建立选择性区域磁场吸附磨粒的电化学机械复合加工成型理论。

本项目以钝化膜为结合点将电化学与磁力研磨复合，从复合工具及装置研制、工艺实验、复合机理三个方面进行研究。在工具与装置制作上，本项目针对电化学与磁力研磨的不同工艺特点，提出了中空电磁极相间复合工具与主辅线圈相结合的磁路结构，并采用有限元与实验的方法进行了优化。. 在工艺方面，本项目对复合工具下的磁力研磨状态进行了研究，分析了铁磁性磨料在磁场下的力学行为，进行了不同加工时间、转速、振动频率、磁极电流、加工间隙的纯磁力研磨参数工艺实验。本项目对中空电磁极相间复合工具下电化学磁力研磨复合加工进行了系统的工艺实验研究。通过更改电化学与磁力研磨的相关工艺参数，得到不同复合状态的工艺效果。通过实验发现，磁力研磨与电化学的匹配关系对复合加工的表面质量和加工效率影响很大。要达到良好的复合效果，必须使得电化学加工不进入到超钝化溶解阶段。在这个前提下，除膜速度越快表面质量越好。在适当工艺条件下，使用复合工艺加工A3钢和Al 6061表面粗糙度Ra可达到0.2μm以下，而同样条件下的磁力研磨仅为0.4~0.6μm。. 在机理方面，本项目对磁力研磨与电化学的交互影响进行了研究，讨论了流场与磨料残余、磨料刷形貌之间关系，评估了这些绝缘残余磨料对电化学溶解精度的影响，建立了叠加磁场情况下的离子轨迹模型并模拟分析了在电场平行向叠加磁场对离子轨迹的影响，测量了不同材料不同电解液在叠加磁场情况下的阳极极化曲线。为了揭示电化学磁力研磨的复合机理，本项目首先分别建立了磁力研磨、电化学加工的加工模型。其中，根据实验现象，在磁力研磨模型中引入了磨料损耗函数，比较好的吻合了实验结果。然后，根据工艺实验的相关结论与实验现象，提出了电化学磁力研磨复合加工的建模思想，对复合加工过程进行了仿真，从一定程度上解释了电化学与磁力研磨的复合机理。. 本项目较好的完成了项目计划书的研究内容，其中已发表论文6篇，EI收录4 篇，申请专利4项(2项发明专利,2项实用新型专利)，培养博士研究生1名，硕士研究生3名。