多级罗茨泵转子的型线设计、加工及表面涂层研究

论文摘要

在新兴的半导体工业中芯片、光学通讯元器件及平板显示器等产品的生产过程中,无油分子泵、低温泵等干式中高真空泵得到了广泛的应用。与这些干式中高真空泵相配合的前级低真空泵大多是传统的油封式真空泵。为降低油污染,通常在中高真空泵与低真空泵之间串接入冷阱,但此方法已经不能满足真空环境洁净度的要求了。因此,研制和开发性能价格比高、寿命长、结构简单、抽气效率高的干式真空泵成为当前乃至今后相当长一个时期的真空科技人员迫切需要解决的问题之一。在众多的干式真空泵中,多级罗茨型干式真空泵是备受半导体、光学器件等高科技行业青睐的一种容积式干式真空泵。本课题围绕多级罗茨型干式真空泵的主要关键部件——罗茨转子,作出以下具体工作：通过计算机模拟创成法,对三种常用罗茨转子型线进行了分析。然后在渐开线型转子型线设计的基础上,设计了改进圆弧型转子型线。并通过容积利用系数和啮合间隙的分布等方面对型线进行分析和比较,最后由于改进圆弧型转子型线容积利用系数较大、啮合间隙分布平稳等优点,采用改进圆弧型转子型线作为多级罗茨干泵的转子型线。对多级罗茨转子的加工方法进行探讨。针对转子的特殊型线,拟定出数控线切割加工、普通车床上加工和2.5轴数控铣床加工转子的工艺方案。在普通车床上加工转子时,设计了关键工序所应用的偏心夹具,在2.5轴数控铣床上加工时,通过CATIA软件模拟了转子的加工过程。最后从可行性和加工经济性、精度等方面对三种方案进行对比分析；对多级罗茨转子的表面涂层工艺进行了探索性的研究。在转子样片上用磁控溅射方法沉积硬质耐腐涂层,通过调节工作真空度、氩气流量、溅射时间等参数,对磁控溅射沉积Cr的制备工艺进行了研究。在检测上,采用标准盐雾试验,对转子做耐腐蚀工艺处理前后的耐腐蚀性进行了对比研究,并对薄膜沉积前后的硬度、微观结构、粗糙度等进行了辅助研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 罗茨真空泵概述
• 1.1.1 罗茨真空泵的结构、特点及应用
• 1.1.2 罗茨泵的工作原理及主要性能参数
• 1.2 课题提出的背景
• 1.3 多级罗茨干泵的发展综述
• 1.4 本课题的主要内容及研究意义
• 1.4.1 本课题的研究内容
• 1.4.2 本课题的研究意义
• 第2章 多级罗茨泵转子的型线设计研究
• 2.1 罗茨型线自动生成方法的研究
• 2.2 圆弧包络线型罗茨转子型线
• 2.2.1 一段圆弧包络线型罗茨转子型线的特性
• 2.2.2 两段圆弧包络线型罗茨转子型线的特性
• 2.2.3 几种圆弧包络线型转子的容积系数比较
• 2.3 渐开线型罗茨转子型线
• 2.4 改进圆弧型罗茨转子型线
• 2.5 几种型线的比较与选择
• 2.5.1 容积利用系数的比较
• 2.5.2 啮合间隙的分布
• 2.6 小结
• 第3章 多级罗茨泵转子的加工工艺研究
• 3.1 国内外罗茨转子成型工艺
• 3.1.1 仿形法（靠模法）
• 3.1.2 范成法
• 3.1.3 简易数控机床加工方法
• 3.1.4 双向数控曲面刨床加工
• 3.2 待加工转子的工艺性分析
• 3.2.1 多级罗茨转子轴的结构与装配
• 3.2.2 转子的结构工艺性分析
• 3.3 待加工转子的工艺方案制定
• 3.3.1 数控线切割加工
• 3.3.2 转子的车削加工方案
• 3.3.3 转子的2.5轴数控铣削加工
• 3.4 三种工艺方案对比分析
• 3.5 小结
• 第4章 多级罗茨泵转子表面涂层工艺的研究
• 4.1 转子表面制备Cr涂层实验
• 4.1.1 实验设备概述
• 4.1.2 实验主要过程
• 4.2 样品检测及性能分析
• 4.2.1 表面形貌分析
• 4.2.2 表面粗糙度的测试
• 4.2.3 硬度测试
• 4.2.4 膜层厚度的测试
• 4.2.5 盐雾实验测试
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢