电极旋转电化学放电加工间隙内介质输送分析

摘要：微小孔是一类重要的结构，在航空工业、航天工业、微电子、汽车及医疗等行业有着广泛的应用。工具电极高速旋转电化学放电加工是根据电化学放电加工基本原理，应用高速旋转的工具电极在工件上进行电化学放电加工的方法。针对制造行业中广泛应用的金属微小孔结构，通过对螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙工作介质流场仿真，解释了螺旋工具电极高速旋转微小孔电化学放电加工间隙内工作介质输送机理。

关键词：电化学放电加工；微小孔；螺旋工具电极

1 加工间隙内气液两相流模型的建立

1.1理论模型

电化学放电加工微小孔时输入能量小，加工间隙也小，加工间隙的数值一般在数微米到十几微米之间。加工时，工作介质在工具电极和微孔内壁之间形成的加工间隙内流动，加工间隙中的工作介质是非定常流动。对于电化学放电加工间隙内的流体，由于电化学反应和放电火花对材料的蚀除作用，加工间隙内工作介质包含有气态的气泡、液态的工作液、及固态的金属析出物，构成复杂的三相共存流场状态。为简化分析过程，忽略加工产物中固体颗粒的影响，只考虑气体和液体充满整个加工间隙，简化后的加工间隙内工作介质流场为气液两相流场。工作液为自来水，为不可压缩流体，加工间隙内的液相为不可压缩相，计算是在不可压缩粘性流动情况下进行。同时忽略温度的变化对加工间隙气液两相流场的影响。描述加工间隙中工作介质流体运动的基本方程主要有质量方程和动量方程。

1.3 计算方法

2结果分析

从各截面放大图可以看出，在螺旋工具电极紧贴螺旋槽内壁处，有沿着螺旋槽向上的速度矢量，说明加工间隙中工作介质沿着螺旋槽内壁向上运动；在螺旋槽与微孔内壁交接处，存在向下运动速度矢量，说明有工作介质沿着螺旋槽与微孔内壁交界面进行输送。综合图6～图11，可以得到，加工间隙内的产物及工作介质沿着工具电极螺旋槽内壁向上运动，直到排出到微孔出口以外；微孔出口上部的工作液沿着工具电极螺旋槽与微孔内壁交界面向下运动，形成工作液的更新。

3 结论

1） 使用螺旋工具电极高速旋转电化学放电加工微小孔时，加工间隙内工作介质的流动是由围绕工具电极的圆周运动和沿工具电极的轴向运动复合而成的合成运动。

2） 加工间隙内工作介质沿着工具电极螺旋槽内壁向上运动，直到排出到微孔出口以外；微孔出口上部的工作液沿着工具电极螺旋槽与微孔内壁交界面向下运动，形成工作液的更新。3） 螺旋工具电极的螺旋槽几何结构，增加了加工间隙容积，强化了加工间隙内工作介质的输送能力，有利于微小孔电化学放电加工的进行。