一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法技术

本发明专利技术涉及一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，采用了加工形状离散方法，把连续的加工形状进行离散成若干个加工片断，在离散形成的加工求解几何模型中，利用有限元法求解电解加工的数学模型，以上一个加工几何模型推算出下一个时刻的加工求解几何模型，最终求解出电解加工形状，实际电解加工应用中可借助于本方法进行电解加工艺分析，大大节省加工试验时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，属于电解加工

技术介绍
电解加工常用于航空发动机叶片、炮管膛线、深孔、齿轮、花键、零件抛光、去毛刺加工等，它在加工高温合金、钛合金材料制造的复杂零件时有较大的优势，目前已被广泛应用于航空航天、武器、汽车、医疗器械、仪表等制造行业。电解加工具有阴极无损耗，无宏观切削力，不受加工材料硬度限制等特点，因此非常适合于镍基高温合金、钛合金等难加工材料的加工。由于它在加工镍基高温合金、钛合金材料结构件方面在加工成本、加工效率、表面质量上具有较大的优势，因而成为了这些难加工材料的主要加工方法之一，目前已在航空、航天、兵工等领域得到了广泛应用。在航空工业领域用于航空发动机的叶片、整体叶盘、机匣、扩压器以及高载荷齿轮、窄油槽与汽槽、叶片冷却孔、气动表面微浮凸加工等；在兵工领域用于炮管膛线、枪管膛线的加工等；在民用领域用于加工汽车发动机的增压涡轮、喷油嘴针阀体以及医疗器械、纳米器件、电动剃须刀盖等零件的加工。电解加工的过程复杂，涉及到多个电场、流场等多个物理场；根据电解加工的数学模型，需要求解加工间隙中的电场分布、流场中的气泡率与温度分布，从而求出电导率分布；利用计算机技术求解电解加工形状，对加工形状进行预测一直是研究的热点，目前已取得了一定的研究成果；Kozak建立了二维电解加工数学模型，并且求解了球头阴极电解加工形状，Ruszaj求解了平板阴极电解加工形状，Bortels等采用solidworks中的FEM模块求解了三维电解加工形状，Zhitnikov等求解了非平衡状态电解加工形状，ToshiakiFujisawa等采用多物理场数学模型求解了叶片电解加工形状。从电解加工形状的数学物理模型中可知，电解加工形状数值求解的核心问题就是求解加工速度，而电解加工的速度的求解关键是电场强度的计算，采用有限元方法对之进行求解。加工形状的数值求解是连续进行的，因此它要求有限元计算软件能够完成连续的电场分析、从而求出加工形状的溶解速度。求解电场模型中的电场电位通过求解拉普拉斯方程得到，拉普拉斯方程的解法很多，其中差分法和有限元法最为常见。电解加工的过程复杂，它的加工形状不但受到电场影响，同时还受到流场、温度场影响，因此实际的电解加工形状是受多场耦合与影响。过去采用的电解加工求解方法存在一定的局限性，在适用对象和适用的场合有着特殊的要求，因此电解加工求解技术在求解精度与技术手段上还需作进一步的深入研究。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用加工形状离散和迭代法求解电解加工形状，能够求解平衡或非平衡状态下电解加工形状，获得精确电解加工形状的基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，包括如下步骤：步骤001.初始化n＝1，将连续的工件电解加工过程按时间为变量进行离散，获得各个加工时间段，并获得加工时间段的段数N，然后进入步骤002；步骤002.按工件电解加工过程，获得第n个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，接着在该加工区域面的阳极边界上设置用于图形控制的各个形状控制点，然后进入步骤003；步骤003.针对第n个加工时间段所对应的加工几何模型，采用有限元法针对所对应加工区域面，求解获得加工间隙中的电场强度，接着通过电解加工速度模型求解获得所对应加工区域面的边界溶解速度，然后进入步骤004；步骤004.根据第n个加工时间段、加工几何模型所对应加工区域面的边界溶解速度，以及加工区域面阳极边界上的各个形状控制点，获得第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，然后进入步骤005；步骤005.判断n是否等于N，是则进入步骤007，否则进入步骤006；步骤006.根据第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，获得第n个加工时间段、加工区域面阳极边界上各个形状控制点位移后的位置，接着构建第n+1个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，然后将n的值加1，并赋给n，并返回步骤003；步骤007.根据各个加工时间段所对应的加工区域面，获得工件的最终加工形状。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤007之后，还包括步骤008，执行完步骤007之后，进入步骤008，如下所示：步骤008.根据最终加工形状与工件原形状进行比较，获得加工误差分布，同时，根据工件表面阴极区域形状与工件原形状之间的间隙大小，获得工件电解加工间隙分布。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤001具体包括如下步骤：步骤00101.根据阴极的进给距离和进给速度，获得工件的总加工时间，并进入步骤00102；步骤00102.针对工件的总加工时间，确定加工过程的离散单位时间，并进入步骤00103；步骤00103.根据工件的总加工时间，以及离散单位时间，针对连续的工件电解加工过程按时间为变量进行离散，获得各个加工时间段。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤002具体包括如下步骤：步骤00201.获得阴极边界和工件原始轮廓线的几何数据，并进入步骤00202；步骤00202.针对阴极边界的几何数据，以及工件原始轮廓线的几何数据，进行线性化处理，并进入步骤00203；步骤00203.根据阴极边界的几何数据、工件原始轮廓线的几何数据以及设置辅助线，获得第n个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，然后进入步骤00204；步骤00204.针对第n个加工时间段所对应工件加工区域面的阳极边界上，设置用于图形控制的各个形状控制点。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤003具体包括如下步骤：步骤00301.针对第n个加工时间段所对应的加工几何模型，采用有限元法针对所对应加工区域面，求解获得加工间隙中的电位分布，接着根据电位分布，获得电场强度，然后进入步骤00302；步骤00302.针对第n个加工时间段所对应的加工区域面，采用电导率模型求解加工间隙中的电导率分布，然后进入步骤00303；步骤00303.针对第n个加工时间段所对应的加工区域面，采用电解加工速度模型求解获得工件阳极溶解面上的法向溶解速度，即对应加工区域面的边界溶解速度。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤006具体包括如下步骤：步骤00601.根据第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，获得第n个加工时间段、加工区域面阳极边界上各个形状控制点位移后的位置，然后进入步骤00602；步骤00602.针对位移后的各个形状控制点进行加密或去密处理，其中，当相邻两个形状控制点之间的长度超过预设邻间阈值时，则在该相邻形状控制点中间插入一个形状控制点；当相邻三个形状控制点的长度小于预设长度阈值时，则消除该三个形状控制点中间的形状控制点；然后进入步骤00603；步骤00603.针对位移、并经过步骤00602处理后各个形状控制点的新位置，依次连接各个形状控制点的新位置，构建第n+1个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型。本专利技术所述一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤001.初始化n＝1，将连续的工件电解加工过程按时间为变量进行离散，获得各个加工时间段，并获得加工时间段的段数N，然后进入步骤002；步骤002.按工件电解加工过程，获得第n个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，接着在该加工区域面的阳极边界上设置用于图形控制的各个形状控制点，然后进入步骤003；步骤003.针对第n个加工时间段所对应的加工几何模型，采用有限元法针对所对应加工区域面，求解获得加工间隙中的电场强度，接着通过电解加工速度模型求解获得所对应加工区域面的边界溶解速度，然后进入步骤004；步骤004.根据第n个加工时间段、加工几何模型所对应加工区域面的边界溶解速度，以及加工区域面阳极边界上的各个形状控制点，获得第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，然后进入步骤005；步骤005.判断n是否等于N，是则进入步骤007，否则进入步骤006；步骤006.根据第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，获得第n个加工时间段、加工区域面阳极边界上各个形状控制点位移后的位置，接着构建第n+1个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，然后将n的值加1，并赋给n，并返回步骤003；步骤007.根据各个加工时间段所对应的加工区域面，获得工件的最终加工形状。...

【技术特征摘要】
1.一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤001.初始化n＝1，将连续的工件电解加工过程按时间为变量进行离散，获得各个加工时间段，并获得加工时间段的段数N，然后进入步骤002；步骤002.按工件电解加工过程，获得第n个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，接着在该加工区域面的阳极边界上设置用于图形控制的各个形状控制点，然后进入步骤003；步骤003.针对第n个加工时间段所对应的加工几何模型，采用有限元法针对所对应加工区域面，求解获得加工间隙中的电场强度，接着通过电解加工速度模型求解获得所对应加工区域面的边界溶解速度，然后进入步骤004；步骤004.根据第n个加工时间段、加工几何模型所对应加工区域面的边界溶解速度，以及加工区域面阳极边界上的各个形状控制点，获得第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，然后进入步骤005；步骤005.判断n是否等于N，是则进入步骤007，否则进入步骤006；步骤006.根据第n个加工时间段所对应工件加工区域面中工件阳极溶解面的位移量，获得第n个加工时间段、加工区域面阳极边界上各个形状控制点位移后的位置，接着构建第n+1个加工时间段所对应工件的加工区域面，并获得该加工区域面所对应的加工几何模型，然后将n的值加1，并赋给n，并返回步骤003；步骤007.根据各个加工时间段所对应的加工区域面，获得工件的最终加工形状。2.根据权利要求1所述一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，其特征在于，所述步骤007之后，还包括步骤008，执行完步骤007之后，进入步骤008，如下所示：步骤008.根据最终加工形状与工件原形状进行比较，获得加工误差分布，同时，根据工件表面阴极区域形状与工件原形状之间的间隙大小，获得工件电解加工间隙分布。3.根据权利要求1所述一种基于加工几何模型的迭代求解电解加工形状方法，其特征在于，所述步骤001具体包括如下步骤：步骤00101.根据阴极的进给距离和进给速度，获得工件的总加工时间，并进入步骤00102；步骤00102.针对工件的总加工时间，确定加工过程的离散单位时间，并进入步骤00103；步骤00103.根据工件的总加工时间，以及离散单位时间，针对连续的工件电解加工过程按...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福元，张靖靖，王越，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32