答辩博士：罗金星
指导教师：朱荻 教授/博导
房晓龙 教授/博导
论文题目：管电极电解加工孔槽结构基础研究
答辩委员会：
主席：李小宁 教授/博导 南京理工大学
委员：康 敏 教授/博导 南京农业大学
云乃彰 教授/硕导 开云Kaiyun
李迎光 教授/博导 开云Kaiyun
曲宁松 教授/博导 开云Kaiyun
曾永彬 教授/博导 开云Kaiyun
朱 荻 教授/博导 开云Kaiyun
秘书：房晓龙 教授/博导 开云Kaiyun
时间：2022年09月04日09:00
地点：南航明故宫校区A4号楼4218会议室
学位论文简介：
先进航空发动机中关键核心零部件采用了大量的孔槽结构来提高其综合性能。受极端工作环境和使役性能要求，这些孔槽结构通常由高温合金、钛合金等难切削加工材料制成，且加工表面不允许有重铸层、微裂纹等缺陷。管电极电解加工技术是采用中空金属管作为工具阴极，工件阳极在电解液中发生电化学阳极溶解而加工成形的一种加工技术。该技术具有无加工应力、无工具损耗、表面完整性好等优点，是难加工材料孔槽结构的重要制造技术。本文聚焦于孔槽结构高效率、高品质的加工需求，开展管电极电解加工技术研究，旨在实现难加工材料上孔槽结构的高效精密制造。
主要研究工作：
(1) 开展了管电极电解加工孔槽基础试验研究。通过试验确定采用电泳法制备环氧树脂涂层为管电极侧壁绝缘涂层材料，其使用寿命达563min。对于小孔加工，试验研究了电解液流量和波动对小孔加工质量和稳定性的影响。当电解液流量为200.0 mL/min时，小孔的加工质量较优，此时电极最大进给速度为2.6mm/min。对于微槽加工，建立了管电极电解加工微槽理论模型，研究发现高扫描加工速度-多次重复扫描加工出的微槽表面质量略优于低扫描加工速度-单次扫描加工。
(2) 提出了管电极恒电流电解加工深小孔方法，建立了管电极恒电流电解加工小孔模型。多物理场耦合仿真发现，加工间隙内气体对孔底电流密度分布的影响要远大于焦耳热，是影响深小孔加工的主要因素。借助高速摄像观测加工间隙内气泡流动过程，发现加工间隙内气液两相流为泡状流；当加工深度达到17.0mm后，加工间隙内流场得到改善，气液两相流流型由聚合泡状流转化为均匀泡状流。试验研究了恒电流加工方法对深小孔的孔径一致性和加工稳定性等影响，采用优化工艺参数成功加工出深径比216:1、孔径1.252±0.013mm、平均表面粗糙度Ra=1.041μm的超深小孔。
(3) 搭建了多通道流量在线测控系统，实现了八通道群孔加工过程中的电解液流量均匀分配和流量波动主动调节，单通道流量误差≤1.56%和八通道流量方差≤0.38(mL/min)2。通过流量-压力-电流多源信号采集分析，试验研究了电解液流量波动对群孔的加工精度和稳定性等影响，实现了钛合金上阵列群孔结构高质稳定加工，平均孔径偏差仅为±0.027mm。获得了不同流量下的最大进给速度，最高可达2.40mm/min，提高了群孔加工效率。
(4) 提出了两级均流管电极电解加工群孔方法。建立了两级均流设计的流场基础理论，指明了分流腔内压力和流场分布是影响管电极之间流量均匀分配的关键因素，仿真研究了两级均流组合装置中各级分流腔结构及阵列网孔板尺寸对管电极之间流量均匀分配的影响。流量测试表明优化的两级均流组合装置下排管电极的流量分配均匀度为86.34%，二级分流腔内设置阵列网孔板后排管电极的流量分配均匀度达到91.81%。试验验证了两级均流管电极电解加工64个小孔同步加工的可行性，在钛合金上加工出密集阵列(128×16)群孔结构。
(5) 开展了阵列绝缘管电极电解加工群槽试验研究。通过CCD观测分析了群槽加工的电解液流动特性，发现阵列管电极加工群槽时相邻的电解液流束会发生相互干涉而形成上喷流，使得群槽加工过程中电解液流动状态混乱，影响群槽加工的稳定性和精度。试验研究了管电极间距对电解液相互干涉作用和群槽加工的影响，获得了最小安全管电极间距(≥3.0mm)。通过管电极侧壁绝缘改善了电场分布，有效抑制了群槽之间非加工区的杂散腐蚀，提高了群槽的加工精度，实现了复杂群槽高效精密加工。
主要创新点如下：
(1) 阐明了加工间隙内气体和焦耳热随加工深度变化对深小孔加工的影响规律，明晰了加工间隙内气液两相流流动特性，揭示了气泡演化过程对深小孔加工影响的机理，提升了管电极电解加工精度和极限制造能力。
(2) 搭建了多通道流量在线调控系统，实现了八通道内管电极的流量均匀分配和流量波动主动调节，获得了不同流量下的最大进给速度，提高了群孔加工的稳定性和孔径一致性。
(3) 指明了分流腔内压力和流场分布是影响管电极之间流量均匀分配关键因素，阐明了排管电极之间流量分配特性，实现了钛合金上密集型阵列群孔结构高质稳定加工。
(4) 揭示了阵列管电极加工群槽时电解液产生相互干涉的原因及对加工精度的影响规律，获得了最小安全管电极间距，改善了群槽加工电场分布，实现了复杂群槽精密加工。
