三维模型下电解加工过程的模拟.pdf

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1、《电加工与模具)2o15年第4期设计·研究三维模型下电解加工过程的模拟何长运，黄志刚，郭钟宁，唐怡(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：利用数值仿真追踪电解加工中被加工面的动态成形，对提高电解加工质量非常重要。在加工过程中，被加工面的形状不断变化，如何模拟时刻变化的三维曲面成了问题的关键。通过采用一种基于任意拉格朗日一欧拉法和重新划分网格的方法来处理三维形变问题，再根据法拉第定律并利用有限元法获得加工间隙内的电流密度分布，便可模拟出三维模型下电解加工中被加工面的形貌变化。关键词：任意拉格朗日一欧拉法；重新划分网格；有限元

2、法中图分类号：TG662文献标识码：A文章编号：1009—279X(2015)04-0038-04Three-dimensionalSimulationofElectrochemicalMachiningProcessHeChangyun，HuangZhigang，GuoZhongning，TangYi(SchoolofElectro—mechanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)Abstract：Electrochemicalmac

3、hining(ECM)isanimportantmanufacturingmethodformodemindustry．Becauseofthecomplexmulti-fieldeffectsandthechangeableboundaryconditions，thethree—dimensionalsimulationofECMprocessisachallengeissue．Thispaperproposesanapplicablenumericalmethodforthethree——dimensionalsimulationof

4、ECMbasedonarbitraryLagrangian-Eulerianformulation(ALE)andremeshingmethod．Thesemethodsarepresentedaimingtoavoidmeshdistortionandtoimprovecomputationalaccuracy．ThelocalcurrentdensityisobtainedfollowingFaradaySlaw．Fromthenumericalsimulation，thechangeoftheanodeshapeduringanEC

5、Mprocessisrevealed．Keywords：arbitraryLagrangian-Eulerianformulation；remeshingmethod；finiteelementmethod在电解加工过程中，由于工件阳极和工具阴极精度受到很大限制，且需进行大量工艺实验以确保并不直接接触，故无表面内应力和切削力，因而加经验公式的准确性。早在20世纪60年代，Tipton~I1工变形小。同时，由于工具阴极上发生的电化学行最先将有限差分的方法应用到电解加工过程的模为只是析氢反应而无溶解，所以工具电极无损耗。拟中。为了模拟出加工形

6、貌变化，在处理工件表面虽然电解加工具有很多优点，但同时也受多种因素点的运动轨迹时，用曲面法线的垂直分量近似代替的影响，准确预测工件的成形形状对提高加工质量法线方向。该方法处理的工件形变，其最终结果与至关重要。实际加工相符，但加工过程中任意时刻的形貌则与随着计算机技术和计算方法的发展，利用数值实际情况不符。Jain等[21将有限元法运用于电解加模拟方式对电解加工进行仿真，在工业中已越来越工，用三角单元将电极区域网格化，求出了平行板重要。最初通过经验公式预测工件成形，尽管能在电极间的电流密度分布，同时获得了加工间隙中的一定程度上对加工形变进行

7、预测，但其使用范围和温度分布。Deconinck等[3-51提出了一种随时间变化的多物理场数值模型来深入研究电化学加工过程。该模型结合电中性条件和电极一电解液界面极化下收稿日期：2015—03—18的线性温度关系，成功模拟出电解液传质(迁移、扩基金项目：广东省自然科学基金资助项目(11172072)；广东省联合散和对流)对电流密度的影响。但上述模拟都是建基金资助项目(U1134003)第一作者简介：何长运，男，1988年生，硕士研究生。立在二维模型下的，对于一些复杂形状的工具则无一38一设计·研究《电加工与模具)2015年第4期法模拟。因

8、此，研究三维模型下电解加工过程的仿不动。在ALE描述方法中，有限单元法对参考构型真对实际电解加工极为重要。网格划分，网格点即为参考点，网格是独立于空间本文提出了一种利用任意拉格朗日一欧拉法和物