轴承滚道电化学机械凸度成型与光整加工技术基础研究

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滚动轴承作为一种大量应用的基础部件,在机械装备中起着重要作用。各类主机的工作精度、性能、寿命、可靠性等指标,均与轴承性能有着密切关系。与国外同类产品相比,国内滚子轴承的性能存在明显差距。针对滚子轴承的结构特点和性能要求,以提高滚子轴承的制造精度和加工质量为目标,实现滚子轴承加工工艺创新,有助于弥补同国外同类产品的差距,对提高滚子轴承的寿命和性能具有重要意义。   轴承的寿命、振动和噪声则是轴承质量的综合反映。根据以往的理论研究和轴承接触问题的有限元数值分析,将圆柱滚子轴承由直母线滚道改为具有凸度母线的滚道,并大幅度降低滚道表面粗糙度,是改善滚道表面物理力学性能、提高轴承的旋转精度和耐磨性、改善滚动接触区应力分布、降低轴承震动和噪音、避免轴承过早失效、提高轴承的寿命的有效手段。而相对于轴承滚道传统磨削加工存在的一些问题,例如工具(砂轮、油石)损耗大、滚道表面质量差、成型工艺复杂,凸度值不易控制,以及加工效率低等难以解决的矛盾,电化学机械加工方法具有加工表面质量好,表面微观几何形貌优良、加工不受工件材料硬度影响以及加工成本低、加工效率高等优点。因此,针对影响轴承使用性能和寿命的关键--滚道表面质量和形状问题,本文将电化学成型与电化学机械光整加工技术集成应用于轴承滚道加工,力求在实现轴承滚道光整加工的同时,实现滚道的凸度成型。   基于法拉第定律,通过对电化学机械加工过程中的表面微观几何形貌变化规律的研究,得到了加工参数与滚道表面光整质量之间的内在关系。建立了凸度成型的数学模型,实现了对滚道凸度形状的有效控制。在凸度成型加工中,以保证光整加工的表面质量为前提,选取凸度成型加工参数,能够同时获得良好的表面质量和所需的凸度滚道。通过理论分析以及数值模拟,论证了电化学机械加工轴承滚道实现光整、凸度形状的可行性和有效性,为电化学机械精加工轴承滚道的应用奠定了基础。   针对电化学机械加工轴承滚道过程中的关键问题进行了实验研究。通过对比实验确定了电解液主要成分、浓度及缓蚀剂类型。借助建立的实验装置,研究了加工过程中各种参数之间的匹配关系,验证了理论模型的正确性。研究结果表明:在优选的工艺条件下,滚道表面粗糙度值可以从Ra0.58μm降低到Ra0.04μm,同时获得所需的凸度值。   鉴于电化学机械光整加工过程是复杂的非线性过程,加工参数之间具有相互错综复杂的关系,难以建立准确的数学模型,将最小二乘支持向量机算法引入电化学机械加工轴承凸度滚道技术中,建立了电化学机械光整加工轴承滚道的预测模型。研究结果表明,所建立的最小二乘支持向量机预测模型适用于加工参数的选择以及加工结果的预测,其预测误差小于10%。   将电化学机械复合加工引入轴承滚道精加工,可以替代传统的轴承滚道凸度磨削成型和超精加工。获得的滚道有合理的凸度,且表面均匀、光滑,具备较低的摩擦系数、较高抗疲劳强度,改善轴承的运转特性、有效地降低振动和噪音、提高使用寿命。对提高轴承产品的竞争力,进而提高我国汽车、工程机械、通用机械等各主机制造行业产品的质量有重要意义。
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