面向吸光效果提升的电火花毛化工艺研究

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电火花毛化技术被广泛的应用于轧辊、模具型腔表面的毛化,被毛化的工件表面由无序排列的密集凹坑组成,冷轧钢板经过轧辊的轧压,轧辊的表面形貌被衰减性复制到冷轧钢板表面。冷轧钢板表面密集的微小凹坑可以储存大量的润滑油和增大钢板的比表面积,因此能够有效的提高冷轧钢板冲压成型后的表面质量,比表面积的增大,能够增大涂覆层与钢板的接触面积,提高钢板对涂覆层的吸附能力。于此同时,电火花毛化表面密集的微小凹坑—凸起结构能够有效的提高表面光行程及降低对光的镜面反射,提高基体材料表面的吸光率,从而降低飞机、舰船在执行任务时被敌方雷达侦测的概率。因此研究电火花在小能量下,工艺参数对毛化表面形貌的影响及此种凹坑—凸起表面结构形貌对光吸收率的影响,本论文通过研究电火花毛化工艺及毛化表面形貌对吸光率的影响,旨在寻找一种不受材料晶格取向影响,又能提高通用高强度材料表面吸光率的有效方法,从而达到机体或舰船在不改变原有的优异气动布局、结构强度前提下,提高机体、舰船对光电雷达的隐身性能的目的。  本论文在深入分析电火花加工机理的基础上,通过ANSYS热学仿真单脉冲放电过程凹坑的温度分布,研究放电峰值电流、脉冲宽度等电参数对单个凹坑微观结构的影响,在仿真结果的指导下,进行20Mn23AlV无磁钢电火花毛化实验,分别分析了电参数(脉冲宽度、峰值电流和脉冲间隔)和工具电极材料对毛化表面形貌(表面粗糙度、单位长度凹坑数和凹坑平均直径)的影响关系,研究电火花毛化表面的微观形貌结构。通过时域有限差分法(FDTD)仿真软件FDTD Solutions,对毛化表面形貌进行重构建模,模拟平面光源垂直照射粗糙表面时的电磁场分布情况,计算不同粗糙表面模型的表面吸光率;借鉴FDTD Solutions仿真结果,在波长为450nm蓝色激光下,对不同形貌特征的毛化表面工件进行吸光率测试实验,分析了电火花毛化表面形貌对吸光率的影响,比较了传统机加工表面与电火花毛化表面对激光的吸收效果。  研究表明,峰值电流和脉冲宽度是影响电火花毛化表面形貌的主要因素,峰值电流和脉冲宽度的增加,毛化表面的粗糙度、凹坑平均直径都增大,单位长度凹坑数减少;优质的石墨更适合用来做电极材料。在对电火花毛化表面吸光率的研究中,表面粗糙度和凹坑平均直径越接近光源波长,表面对光的吸收率就越高,电火花毛化表面的凹坑-凸肩结构与传统机加工表面的犁沟状形貌相比,具有更好的吸光效果。
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