摩擦副表面微凹坑超声复合加工工艺研究

论文摘要

具有一定规则截面形状的阵列微凹坑结构,可以有效改善润滑和抗磨效果,目前成熟的微凹坑加工方法极少。本文介绍了摩擦副表面微凹坑结构的研究及其应用现状,提出了采用微细超声复合加工新技术加工微凹坑的构想,进而提出本文研究工作内容。分析微细超声加工、微细电火花加工、微细电解加工原理、特点以及工艺特性,探讨超声振动对脉冲放电及微细电解过程的改善作用机理,分析在加工微凹坑时微细电火花及微细电解复合超声振动的必要性和技术优势,构建、完善超声电火花复合加工及超声电解复合加工试验系统。微凸起工具电极的制作是实现摩擦副表面微凹坑加工的关键问题,本文根据流体润滑理论提出微凹坑设计的一般原则,在圆形截面设计基础上,将截面形状拓展为正方形、菱形;由微凹坑形状设计了与之相对应的圆形、正方形、菱形微凸起工具电极,利用微细电火花线切割、电火花“反拷+平动”等多种微细组合电加工工艺制作微凸起工具电极,并阐述了制作各种微细工具电极的一般方法。根据微凹坑超声复合加工的特点,选择工作液、工具电极振动频率及振幅、进给压力等加工参数,制定微凹坑超声复合加工试验方案。使用不同形状工具电极,对硬质合金YT15和YG8、不锈钢、单晶硅、压电陶瓷、玻璃钢等材料进行了微凹坑单一超声加工试验及分析;对硬质合金YT15和YG8、不锈钢等材料进行微凹坑单一超声加工与超声复合加工的对比试验;重点研究了超声电解复合加工中电解电压参数对微凹坑加工效率、精度、表面质量及微凸起工具电极损耗的影响规律。试验验证了在金属材料表面进行微凹坑超声复合加工的必要性及可行性。对微凹坑进行初步摩擦学试验分析,结果表明摩擦副表面微凹坑结构有利于储存润滑油并形成油膜,降低了摩擦因数,可减少表面磨损量。最后对摩擦副表面微凹坑超声复合加工工艺特性进行分析、总结,提出现有工艺方案存在的问题及完善的措施,并对后续研究工作提出了设想和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 摩擦副表面微凹坑结构的研究及应用背景
• 1.2 本论文选题依据及研究意义
• 1.3 本论文研究主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 微细超声复合加工技术基础
• 2.1 微细超声加工
• 2.1.1 超声加工的基本原理
• 2.1.2 微细超声加工的工艺特性
• 2.1.3 微细超声加工的特点
• 2.2 微细电火花加工
• 2.2.1 电火花加工的基本原理
• 2.2.2 微细电火花加工的实现条件
• 2.2.3 微细电火花加工的特点
• 2.3 微细电解加工
• 2.3.1 电解加工的基本原理
• 2.3.2 微细电解加工的条件
• 2.3.3 微细电解加工的特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 微细超声复合加工试验系统设计与构建
• 3.1 微细超声复合加工试验设备简介
• 3.2 微细超声电火花复合加工试验系统
• 3.2.1 微细超声电火花复合加工机理
• 3.2.2 超声振动对脉冲放电过程的改善作用
• 3.2.3 微细超声电火花复合加工试验系统构建
• 3.3 微细超声电解复合加工
• 3.3.1 微细超声电解复合加工机理
• 3.3.2 微细超声电解复合加工的技术优势
• 3.3.3 超声振动对脉冲电解的改善作用
• 3.3.4 微细超声电解复合加工试验系统构建
• 3.4 本章小结
• 第四章 微凹坑加工工具——微凸起电极的设计制作
• 4.1 摩擦副表面微凹坑设计
• 4.1.1 平面间摩擦分析
• 4.1.2 微凹坑设计原则
• 4.2 微凸起工具电极设计
• 4.3 微凸起工具电极材料选择
• 4.4 微凸起工具电极制作
• 4.4.1 微细电火花线切割技术加工微凸起工具电极
• 4.4.2 电火花“反拷+平动”技术加工微凸起工具电极
• 4.5 本章小结
• 第五章 摩擦副表面微凹坑超声复合加工试验
• 5.1 试验参数选择
• 5.1.1 试验件材料
• 5.1.2 工作液
• 5.1.3 工具电极超声振动频率及振幅
• 5.1.4 进给压力
• 5.1.5 试验电参数
• 5.2 试验方案
• 5.3 微细超声加工试验
• 5.3.1 微细孔单一超声加工试验
• 5.3.2 阵列圆形微凹坑单一超声加工试验
• 5.3.3 阵列正方形微凹坑单一超声加工试验
• 5.3.4 阵列菱形微凹坑单一超声加工试验
• 5.3.5 试验结果分析
• 5.4 微细超声电火花复合加工
• 5.4.1 阵列圆形微凹坑超声电火花复合加工试验
• 5.4.2 阵列正方形微凹坑超声电火花复合加工试验
• 5.4.3 阵列菱形微凹坑超声电火花复合加工试验
• 5.4.4 试验结果分析
• 5.5 微细超声电解复合加工
• 5.5.1 阵列圆形微凹坑超声电解复合加工试验
• 5.5.2 阵列正方形微凹坑超声电解复合加工试验
• 5.5.3 阵列菱形微凹坑超声电解复合加工试验
• 5.5.4 试验结果分析
• 5.6 微凹坑结构摩擦学试验
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文