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脉冲电化学及其复合光整加工机理和表面特性的研究

王晓明  
【摘要】: 随着科学技术的发展,对零件的精度和表面质量要求越来越高。由于我国机械零件表面质量与国外先进国家相比具有较大的差距,因而严重影响了产品的使用性能和寿命。此外,传统机械光整加工在大型工件、复杂曲面、微小尺寸和复杂结构等的应用中存在工艺复杂、表面质量差、生产效率低等问题。在实践和研究中发现,脉冲电化学光整加工(PECFM)和脉冲电化学机械加工(PECMM)具备自身的特点和优势,并且能够大幅度改善零件的表面质量,具有重要研究价值和发展潜力,因此,本文将脉冲电化学及其复合光整加工的机理和表面特性的研究作为核心内容。 在全面分析国内外在脉冲电化学及其复合光整加工领域的研究现状的基础上,本文认为在以下方向有待深入研究:脉冲电化学光整加工的机理和工艺特性;脉冲电化学及其复合光整加工应用技术研究;脉冲电化学及其复合光整加工的表面特性及其对零件使用性能和寿命的影响。上述内容中机理和工艺特性是光整加工研究的基础和关键,光整加工的最终目标是大幅度提高零件的表面质量、使用性能和寿命,因此这些研究方向即是本文的主要工作和研究重点。 本文重点研究了脉冲电化学光整加工(PECFM)的机理和工艺特性,深入研究了PECFM的电化学特性、流场特性和阳极溶解特性;通过模拟计算分析极间间隙过程,建立了许用最小间隙数学模型;系统研究了电解液、脉冲电流频率和占空比、电参数、工作液压力和流速等工艺参数对加工表面质量和生产效率的影响规律,全面分析了PECFM的工艺特点和优势。 研制了PECFM专用高频窄脉宽大容量脉冲电源,并在实际生产中运行状况良好,在此基础上设计开发了智能型脉冲电源。 开拓了PECFM的应用领域,开发了开放式PECFM、移动式阴极加工和脉冲电化学光亮刻字等新技术和新工艺,在大面积工件、复杂型面、微小尺寸和复杂结构光整加工应用中取得了显著的效果,并对PECFM的表面质量和生产效率等进行了系统的分析。 将光整加工工艺、表面质量、零件使用性能和寿命三者联系起来,研究了加工工艺和表面特性对使用性能和寿命的影响。本文首先建立了较为完整的表面特性指标评价体系,分析了脉冲电化学及其复合光整加工的表面特性,揭示了不同光整加工工艺对表面特性的影响规律,对脉冲电化学及其复合光整加工后零件的各项使用性能(摩擦系数、初磨损、精度保持性、疲劳强度、接触刚度、耐腐蚀性和粘附性)进行了深入的研究,在此基础上,系统分析了表面特性对零件使用性能和寿命的影响。 在上述研究的基础上,作者认为将脉冲电化学机械加工(PECMM)应用到量大面广的基础件上,对实际生产具有重要的意义。本文将PECMM应用到齿轮、轴承的加工中,检测分析了PECMM的轴承滚道和齿轮齿面的表面特性,并以齿轮和轴承实际工况下的使用性能和寿命实验作为总体考核目标,得出可靠的实验数据和理论依据,来校核基础实验和理论分析的准确性,对照加工前后轴承和齿轮的使用性能和寿命指标,经PECMM加工后零件噪音大幅度下降,寿命大幅度提高,由此可见将PECMM应用到轴承、齿轮等基础件上具有巨大的研究价值和发展前途。 本文的研究旨在更深入的认识表面质量和零件使用性能之间的关系,加深理解采用先进的工艺方法是解决表面质量问题的关键所在,从而推动脉冲电化学及其复合光整加工的研究和发展,改善我国基础件质量落后局面,对实际生产具有深远影响。


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