轴承滚道电化学机械光整加工试验研究

摘要

滚动轴承广泛应用于工业、农业、交通运输、国防、航空航天、家用电器、办公机械和高科技等领域，与国计民生息息相关。全世界大约有80％的轴承应用于工农业机械、汽车、火车、飞机等运输设备中。目前轴承滚道的精加工多采用磨削后超精加工，砂轮、油石易于堵塞，常造成加工过程不稳定，使加工表面质量恶化。磨具与工件相对速度高，加剧了上述问题的产生。在中大型轴承滚道光整加工中，由于加工面积大，原始表面粗糙度高，加工余量大，造成磨具堵塞更为严重。即使是先进的油石超精加工，同样具有机械切削作用的缺陷。
　　 电化学机械光整加工利用电解去除和机械光整相结合的方法，实现表面的高效高质量加工。它作为一种传统光整加工与非传统光整加工的典型复合工艺，能充分发挥两种工艺方法的优势，弥补两种加工方法的不足，是一种极具发展前途的加工技术，将之用于轴承滚道的表面光整，对提高我国的轴承制造水平有重要意义。因此，本文针对轴承滚道电化学机械光整加工中的问题，进行了以下研究工作:
　　 从化学热力学和电极过程动力学两方面，研究了电化学加工的阳极溶解原理，分析了电化学机械光整加工的整平机理和加工特点。
　　 通过分析阴极加工面形状和电解液流入方式，设计了对不同加工间隙形状的流场形式，并用Fluent软件对其进行了模拟研究，分析了不同流场的均匀性对加工质量的影响。
　　 根据轴承套圈的特点，以滚动轴承内圈滚道为加工对象，研制了电化学机械光整加工试验台。研究了在加工轴承滚道过程中的阴极和工件定位、电解液循环和磨具加压等问题，设计、制造了试验装置。
　　 以圆柱滚子轴承滚道为试验对象，利用正交试验和单因素试验方法，研究了各加工参数对表面粗糙度的影响规律，得到了较优的工艺参数组合，获得了Ra0.04μm的加工表面。对不同加工方法加工后的表面进行扫描电镜观察，对比分析了其表面微观形貌的特性;对电化学加工表面化学成分进行能谱分析，证明了钝化的成相膜理论;对有钝化膜残留的加工表面进行了分析，验证了电化学机械光整加工机理。
　　 研究结果表明，用电化学机械光整加工轴承滚道是可行的。它不仅能解决常规机械超精加工方法存在的诸多问题，而且能得到具有良好摩擦磨损性能的微观表面形貌。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 轴承滚道光整加工技术研究现状

1．2．1 传统轴承滚道光整加工

1．2．2 轴承滚道精加工技术发展

1．3 电化学机械光整加工研究现状

1．3．1 表面特性研究

1．3．2 机械作用影响

1．3．3 脉冲电化学加工研究

1．3．4 应用研究

1．4 本文主要研究内容

第2章 电化学机械光整加工基础

2．1 电化学机械光整加工原理

2．2 电极电位及电极反应顺序

2．2．1 电极电位

2．2．2 电极反应顺序

2．3 极化和钝化

2．3．1 电极极化

2．3．2 金属钝化

2．3．3 金属阳极极化曲线

2．4 电化学机械光整加工表面整平机理

2．5 本章小结

第3章 电化学机械光整加工间隙处流场模拟

3．1 间隙形状确定

3．1．1 阴极加工面形状

3．1．2 电解液流动方式

3．2 间隙流场仿真模拟

3．2．1 模型建立

3．2．2 网格独立性验证

3．2．3 模拟结果分析

3．3 本章小结

第4章 轴承滚道电化学机械光整加工试验台研制

4．1 试验台整体方案设计

4．2 工件和阴极定位

4．2．1 阴极定位

4．2．2 工件定位

4．3 电解液循环

4．3．1 电解液过滤

4．3．2 电解液选择

4．4 磨具加压

4．5 试验台及参数

4．6 本章小结

第5章 轴承滚道电化学机械光整加工试验研究

5．1 正交试验

5．1．1 试验设计及结果分析

5．1．2 残余应力测量

5．2 单因素试验

5．2．1 加工间隙影响规律

5．2．2 工件转速影响规律

5．2．3 加工时间影响规律

5．2．4 磨具粒度影响规律

5．3 加工表面分析

5．3．1 微观形貌观察

5．3．2 表面化学成分分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢