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数控电喷镀工艺试验研究

2020-12-11阅读(95)

数控电喷镀工艺试验研究

论文摘要

电刷镀是一种快速电沉积技术,在零件磨损表面修复、零件表面改性等方面起到了重要的作用。但由于传统电刷镀是手工操作,具有效率低、劳动强度大和镀层质量不稳定等局限性,制约了电刷镀技术的应用与发展。数控电喷镀技术将数控技术和传统的电刷镀技术有机结合在一起,能够有效解决传统电刷镀存在的问题。数控电喷镀是将含有高浓度金属离子的电镀液,通过泵以一定的流量、流速通过阳极和工件构成的狭小间隙,并通过运动控制器控制阳极相对于工件的运动轨迹,从而使工件表面获得细致光亮的镀层。本文构建了数控电喷镀试验装置,并进行了相关工艺试验。首先,分析了数控电喷镀的基础理论,对提高极限电流密度做了理论分析；建立了电喷镀阴阳极间电场的数学模型并进行了有限元分析,发现阴极表面电流密度分布呈两个波峰夹一个波谷的形式,波峰出现在单侧阳极实体的中心,波谷出现在喷口中心,在远离正对阳极工具的区域,阴极电流密度迅速减小,这为后续的基础试验提供理论指导。其次,构建了数控电喷镀试验装置,对电镀液系统、阳极工具和夹具进行了设计；进行了单因素和正交试验,研究了各影响因素对镀层表面粗糙度、镀层硬度和镀层沉积速度的影响,正交试验优化出的粗糙度值为0.092μm,最大硬度是280.63HV,沉积速度达23.3μm/min;用热震法检验了镀层的结合力,结果表明结合力较佳；对镀层进行了200℃和400℃的热处理,发现硬度较镀态硬度分别提高了55.34%和120.19%。最后,进行了齿面轮廓的电喷镀试验,并对成型精度和镀层质量进行了分析,结果表明数控电喷镀有一定的成型精度,获得的镀层表面粗糙度平均值为0.433μm,配合简单的热处理能够获得满足硬度要求的工作表面。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 电刷镀的发展和应用
  • 1.2 电刷镀的优点及存在的问题
  • 1.2.1 电刷镀的优点
  • 1.2.2 电刷镀的缺点及局限性
  • 1.3 电刷镀的国内外研究现状
  • 1.4 电刷镀技术的最新进展
  • 1.4.1 复合电刷镀技术
  • 1.4.2 现代物理增强电刷镀
  • 1.5 数控电喷镀技术的提出
  • 1.6 课题主要研究内容
  • 第二章 数控电喷镀理论基础
  • 2.1 金属电沉积的基本理论
  • 2.1.1 金属电沉积的过程
  • 2.1.2 法拉第定律
  • 2.1.3 阴极电化学极化
  • 2.1.4 电结晶时晶粒大小的影响因素
  • 2.2 提高极限电流密度的理论分析
  • 2.3 数控电喷镀的电场分析
  • 2.3.1 电喷镀间隙电场模型
  • 2.3.2 电场分析的一般过程
  • 2.3.3 电喷镀电压对阴极电场分布的影响
  • 2.3.4 阴阳极间隙对阴极电场分布的影响
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 数控电喷镀试验装置设计
  • 3.1 试验装置硬件设计
  • 3.1.1 试验装置硬件结构
  • 3.1.2 电镀液系统的设计
  • 3.1.3 阳极工具设计
  • 3.1.4 夹具设计
  • 3.1.5 电喷镀电源
  • 3.2 试验装置控制系统设计
  • 3.2.1 控制系统硬件设计
  • 3.2.2 控制系统软件设计
  • 3.3 本章小结
  • 第四章 数控电喷镀基础工艺试验
  • 4.1 试验设计
  • 4.2 试验目的
  • 4.3 电喷镀工艺流程
  • 4.3.1 试验工件
  • 4.3.2 试验仪器
  • 4.3.3 电喷镀工艺流程
  • 4.4 单因素试验结果及分析
  • 4.4.1 电流密度对镀层表面粗糙度的影响
  • 4.4.2 初始间隙对镀层表面粗糙度的影响
  • 4.4.3 相对速度对镀层表面粗糙度的影响
  • 4.4.4 电喷镀时间对镀层表面粗糙度的影响
  • 4.4.5 镀层厚度对表面粗糙度的影响
  • 4.4.6 电流密度对镀层硬度的影响
  • 4.4.7 初始间隙对镀层硬度的影响
  • 4.4.8 相对速度对镀层硬度的影响
  • 4.4.9 电流密度对沉积速度的影响
  • 4.4.10 初始间隙对沉积速度的影响
  • 4.4.11 相对速度对沉积速度的影响
  • 4.4.12 镀层厚度与施镀时间的关系
  • 4.5 正交试验结果及分析
  • 4.6 镀层结合力的检验
  • 4.6.1 镀层结合力的检验方法
  • 4.6.2 镀层结合力的检验结果
  • 4.7 200℃和400℃热处理对镀层硬度的影响
  • 4.8 本章小结
  • 第五章 齿廓面的数控电喷镀
  • 5.1 试验对象的选择及分析
  • 5.1.1 齿面硬度对使用性能的影响
  • 5.1.2 齿面粗糙度对使用性能的影响
  • 5.2 试验过程
  • 5.2.1 试验工件
  • 5.2.2 齿形渐开线数控程序的生成
  • 5.3 试验结果及分析
  • 5.3.1 齿轮面镀层粗糙度分析
  • 5.3.2 齿轮面镀层硬度分析
  • 5.3.3 镀层成型精度分析
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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