论文题目: 脉冲电化学及电化学机械齿轮光整与修形加工技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 庞桂兵
导师: 周锦进
关键词: 电化学加工,脉冲电化学,电化学机械,光整加工,表面质量,齿轮,齿轮修形
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 齿轮是机械工业中量大面广的基础零部件,其质量直接影响机械产品整机质量。齿面质量和齿轮修形对齿轮使用性能和寿命具有重要影响。大量研究证实,提高齿面质量和进行合理的齿廓及齿向修形可以有效改善齿轮各方面使用性能并可提高其寿命。对齿面进行光整加工是改善齿面质量,进而提高齿轮质量的有效途径,而在光整加工过程中,对齿轮进行合理修形无疑会进一步提高齿轮质量。脉冲电化学光整加工(PECF)和电化学机械光整加工(ECMF)是近年来得到快速发展的两种非传统光整加工工艺,其突出优点是能以高效率光整加工任意硬度的金属零件表面,并可获得优良的表面形貌,目前已应用于多种零件表面的光整加工,将其应用于齿轮齿面光整加工对于提高齿轮质量无疑具有重要意义。本文在综合分析目前齿轮终加工工艺的基础上,着眼于不同类型、结构、尺度、批量和精度要求的齿轮,将脉冲电化学和电化学机械复合光整加工应用于其光整加工和修形。结合理论与实验研究,从阳极光整加工与去除量分布两个方面讨论了电化学光整加工的一般规律。在光整加工方面,从加工过程中阳极表面微观几何形貌变化入手研究阳极整平规律,建立了阳极整平过程中的法向溶解模型,在此基础上,分析了脉冲电化学、电化学机械光整加工的工艺特性。在修形方面,以法拉第定律为基础,讨论了移动阴极脉冲电化学光整加工的去除量分布规律;以机械作用对电化学作用的影响为基础,讨论了电化学机械光整加工的去除量分布规律,为两种工艺在齿轮光整过程中实现修形提供了依据。在上述研究基础上,针对齿轮结构特点,研究了脉冲电化学光整加工和电化学机械光整加工在齿轮上的应用模式、关键技术及工艺特点。通过对比脉冲电化学光整加工在齿轮上应用的不同模式,确定齿廓成形法加工方式比较合理。重点研究了在光整加工过程中同时完成齿廓和齿向修形的关键技术问题,主要包括:极间间隙沿齿廓非均匀分布的规律;阴极沿齿向移动速度的变化规律;成形阴极结构设计;对齿轮精度的影响。在此基础上,对成形法脉冲电化学齿轮光整加工进行了实验研究,并在平面上模拟实验了齿廓修形和齿向修形。研究结果表明,脉冲电化学光整加工能将齿面粗糙度Ra值从3.9μm降至0.35μm,说明其对于原始齿面粗糙度较高的齿轮齿面也具有很强的整平能力,并能同时实现齿廓及齿向修形。通过对比电化学机械光整加工在齿轮上应用的不同模式,确定展成法实现方式比较合理。研究的关键技术问题主要包括:展成法加工条件下电化学作用和机械作用在时间和空间上的匹配;展成法加工条件下电化学作用和机械作用在强弱程度上的匹配;实现齿向修形时,机械作用分布不均匀性的一般规律;对齿轮各项精度的影响。在此基础上,实验研究了电化学机械齿轮光整加工效果,齿轮修形效果,以及加工对齿轮精度的影响。优化工艺条件下的实验结果表明,经过电化学机械光整加工,齿面粗糙度Ra值能从大于1.0μm一步降至0.1μm左右,齿面形貌获得明显改善,齿形实现鼓形修形,周节误差可降低约两级。在上述研究基础上,开发了圆柱齿轮电化学机械光整加工机床。针对不同类型的齿轮,讨论了这两种工艺的应用特点。成形法脉冲电化学齿轮光整加工适用于大型齿轮、内齿轮等特殊齿轮的光整与修形,而展成法电化学机械齿轮光整加工更适用于成批大量生产的例如用于汽车、摩托车、工程机械等的外齿轮光整与修形。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 齿轮制造业在我国国民经济中的地位
1.2 国内外齿轮使用性能和工艺水平比较
1.3 齿面质量对齿轮使用性能的影响
1.3.1 齿面粗糙度的影响
1.3.2 齿面加工纹理的影响
1.3.3 齿面质量对齿轮工作寿命和噪音影响的综合实验
1.4 齿轮修形对齿轮使用性能和寿命的影响
1.4.1 齿轮修形简介
1.4.2 齿向修形的作用
1.4.3 齿廓修形的作用
1.5 齿轮齿面终加工工艺研究现状
1.5.1 齿轮机械精加工及光整加工工艺研究现状
1.5.2 齿轮非传统精加工及光整加工工艺研究现状
1.6 电化学及其机械复合光整加工国内外研究现状
1.6.1 脉冲电化学光整加工研究现状
1.6.2 电化学机械光整加工研究现状
1.7 本文的研究思路及方法
第2章 电化学及电化学机械复合加工实现光整与修形的机理研究
2.1 电化学光整加工机理研究
2.1.1 阳极表面微观形貌特性对光整加工的影响
2.1.2 移动阴极脉冲电化学光整加工的工艺特性
2.1.3 电化学机械复合光整加工的工艺特性
2.2 材料去除规律研究
2.2.1 脉冲电化学光整加工材料去除规律
2.2.2 电化学机械光整加工材料去除规律
本章小结
第3章 脉冲电化学齿轮光整与修形复合加工工艺研究
3.1 移动阴极法在齿轮上应用模式的探讨
3.1.1 展成法
3.1.2 成形法
3.2 齿廓成形法阴极设计
3.3 齿轮修形
3.3.1 齿廓修形
3.3.2 齿向修形
3.4 加工对齿轮形位误差的影响
3.4.1 电化学加工纠正误差的间隙自反馈特性
3.4.2 对齿形误差的纠正
3.4.3 对齿向误差的纠正
3.4.4 对齿间误差的纠正
3.4.5 纠正误差的特点
3.5 成形阴极脉冲电化学齿轮光整与修形实验
3.5.1 齿面光整
3.5.2 齿轮修形
3.5.3 齿形精度
本章小结
第4章 电化学机械齿轮光整与修形复合加工工艺研究
4.1 电化学机械光整加工在齿轮上应用模式的探讨
4.1.1 成形法
4.1.2 展成法
4.2 电化学作用和机械作用的匹配
4.2.1 电化学作用和机械作用在时间和空间均匀性的匹配
4.2.2 电化学作用和机械作用强弱程度的匹配
4.3 对齿轮精度的影响
4.3.1 电化学作用对齿轮精度的影响
4.3.2 机械作用对齿轮精度的影响
4.4 齿轮修形的实现
4.4.1 非均匀机械作用实现齿向修鼓
4.4.2 阴极宽度控制齿端倒角
4.5 展成法电化学机械齿轮光整与修形实验
4.5.1 实验条件
4.5.2 实验结果及讨论
4.6 电化学机械齿轮光整加工机床开发
4.6.1 机床结构
4.6.2 机床及工件防腐性研究
本章小结
第5章 两种工艺的综合应用
5.1 齿轮结构对工艺选择的影响
5.2 齿轮尺度对工艺选择的影响
5.3 结合齿轮精度、生产批量和生产成本合理安排光整工艺
本章小结
第6章 结论和展望
6.1 结论
6.2 展望
创新点摘要
在学期间发表的论文
在学期间参与的项目
参考文献
致谢
发布时间: 2008-07-15
参考文献
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