（机械制造及其自动化专业论文）齿轮的脉冲电化学光整加工工艺研究.pdf

摘要 麓慧蕊健汽车z 藏戆发震，入稍对汽车产繇豹楚溪毪戆舞密了越采越舞豹要求。爨 于我国基础机械零件的使用性能苟寿命与国外先进国家相比舆有较大的麓距，因而严熏 影响了我国的汽车产晶在国际市场上的竞争力，齿轮即为最明显的一个例子。 研究表明：齿轮的表嚣质量与其使眉性能及寿命有着密切关系，提离滤轮的表面震 耋，胃戳大柩度逮掩离齿轮兹使蘧糗怒霸寿命，降诋噻合潦裔。兜整燕王鞭班致善番轮 的表面质量，进而提离齿轮的使用性能和寿命。然而，目前豳内齿轮生产厂家因加工正 艺及效帮的制约，硬齿面齿轮的光撼加工技术威用较少，结果造成齿轮零件的表面质煮 达不到燹离的要求，降低了其使躅性和寿命。嚣毙，开发释龙整效攀舞、生产成本 低静鼗轮光整麓工王芑，对提高我强齿轮浆使羽往能及箕相荚产燕魏国舔竞争力具有鬟 要的现实意义。 在众面分析了豳内外硬齿面齿轮的精加工技术的基础上，笔者认为脉冲电化学光整 燕工技术是一静藜鎏瓣毙整魏工技寒，具有燕王效率亳、麓z 成本低、表獗震量簿等後 点，蒋箕应用到齿轮零件的光整加工中有很大的潜力。本文檄据齿轮光夔加工的国海外 现状，结合大连理工大学多年来在# 传统光整加工方面的研究基础，将脉冲电化学光整 加工技术应用于齿轮谢面的光整加正中，来改鬻齿轮表面质爨。提高其使用性能及寿命 豢蠢。 本文针对硬齿蕊鼹柱直齿轮汗发了一种效率较高的光熬加工工艺一熙成法脉冲电 化学光熬加工技术，深入研究了电解液、电源脉冲频率和占缴比、电流强魔、加工间隙 等工艺参数对齿厦质薰和生产效率的影响规律。并推导了齿轮的展成法脉冲电化学光整 燕工技零豹杰雾王藩黧变稼攫嫠，鸯秘予摇导试验懿颓嚣透露。 将餍成法脉冲电化学光整加工工艺、齿轮的液面质量、齿轮的使用性能和寿命三者 联系起来，研究了该加z 工艺和表丽特性对使用性能和寿命的影响。本文根据表面特性 指标评价体系，分丰斤了不同光整加正工艺形成的齿轮表露特憔同时，对脉冲电化学光 整麓工舔滤轮豹各矮便廷性麓送露了深入静磅究，并逶遘大爨静试验，验诞了齿嚣表瑟 质量对零件使用性能和寿命有很大的影响 本文深入研究了展成法脉冲电化学齿轮光熬加工及其相关技术，掌握篡规律并应用 到生产袋际中去，必将改善了我匿搬轮工件质爨落后局面。搬轮表面质量盼改善必将对 我嚣番轮行鲎载发震产生重大影嚷，这怼提裹我嚣塞轮燕王懿永平，豢韵耀关孬篷豹笈 展，产生震大的社会效益和经济效艇 关键词：光整加工：脉冲电化学：表面质量；使用性能和寿命；齿轮 a b s t r a c t w i 也也ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r y , p e o p l ed e m a n db e t t e ro p e r a t i o n a l p e r f o r m a n c eo f t h ea u t o m o b i l ep r o d u c t b e c a u s eo f t h ed i f f e r e n c eo f o p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c e a n dl i r eo fm e c h a n i c a lp a r t sb e t w e e no u rc o u n t r ya n d 吐l ef o r e i g nc o u n t r i e s ，o u ra u t o m o b i l e p r o d u c t sh a v el e s sc o m p e t i t i o n i ni n t e r n a t i o n a lm a r k e t g e a ri sat y p i c a le x a m p l e 。 r e s e a r c hs h o w st h a tt h eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ea n dl i r eo ft h eg e a ri sd i r e c t l yr e l a t e d w i t hs u r f a c eq u a l i t y t h a ti st os a y , i m p r o v i n gt h es u r f a c eq u a l i t ym a yi m p r o v et h eo p e r a t i o n a l p e r f o r m 豫c ea n d l i f eo f g e a r a n d d e c r e a s e t h e n o i s e 。a t p r e s e n t ，b e c a u s e m o s t o f o u r f a c t o r i e s o fg e a rp r o d u c ta r ec o n f i n e db yt h ec o s ta n de f f i c i e n c y , t h ef i n i s h i n gt e c h n o l o g i e so fg e a r c o u l d n tb ea p p l i e dw i d e l y 强or o u g hs u r f a c eq u a l i t yd e c r e a s e st h eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c e a n dl i r eb e c a u s ei tc a n tm e e tt h er e q u i r e m e n to fa p p l i c a t i o n t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt o i m p r o v et h eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c eo fg e a ra n dr e l a t e dp r o d u c t s c o m p e t i t i o nb yd e v i s i n ga n e wt e c h n o l o g yo f f i n i s h i n go f g e a r ss u r f a c e c o m p a r e dw i t ht h eo t h e rg e a rf i n i s h i n gt e c h n o l o g y , t h ep u l s ee l e c t r o c h e m i c a lf i n i s h i n g t e c h n o l o g y ( p e c f ) h a sm o r ea d v a n t a g eo nt h eg e a r ss u r f a c ef i n i s h i n g ，s u c ha sh i g h e r e m c i e n c y , l o w e rc o s ta n db e t t e rs u r f a c eq u a l i t ye t c b a s e do nt h e r e s e a r c ho f 也eg e a r f i n i s h i n gt e c h n o l o g y a tp r e s e n ta n da d v a n c e dn o n - t r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r et e c h n o l o g yi n d a l i a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y , t h ep e c fi sa p p l i e dt ot h eg e a r ss u r f a c ef i n i s h i n g 丽虹s t e c h n o l o g yi m p r o v e st h es u r f a c eq u a l i t yo fg e a r , w h i c hi m p r o v e st h eg e a r so p e r a t i o n a l p e r f o r m a n c ea n d l i 惫。 n i sp a p e rd e s i g n san e wp e c ft e c h n o l o g yw i t haw h o l eg e a rc a t h o d e n l ei n f l u e n c e r u l e so f t h o s ep a r a m e t e r ss u c ha se l e c t r o l y t e ，p u l s ef r e q u e n c ya n dd u t yr a t i o ，c u r r e n ti n t e n s i t y , i n t e r - e l e c t r o d eg a pe t ca r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r t h e s et e c h n o l o g yp a r a m e t e r sa f f e c tt h e s b l 嫩a c eq u a l i t y f i n a l l y , t h ev a r i a t i o nr u l eo f i n t e r - e l e c t r o d eg a pi sd e d u c e d 。 朝1 er e l a t i o nb e t w e e nt h ef i n i s h i n gt e c h n o l o g y , g e a r ss l l l f a c eq u a l i t y , g e a r so p e r a t i o n a l p e r f o r m a n c ea n dl i r ei sa n a l y z e di nt h i sp a d e r t h ep a p e ra l s ov a l i d a t e st h ee f f e c tw h i c ht h e f i n i s h i n gt e c h n o l o g yb r o u g h tt ot h eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c e 羽鱼i sp a p e ra n a l y z e sg e a r s s u r f a c ec h a r a c t e r i s t i ca f t e rd i f f e r e n tf i n i s h i n gp r o c e s s a tt h es a m et i m e ，m o r ee x p e r i m e n b h a v eb e e n d o n et or e s e a r c ht h ep e r f o r m a n c eo ft h eg e a rw h i c hi sr n i s h e db yt h ep e c f 髓把 o p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ei n c l u d e sf r i c t i o nc o e 伍c i e n t , o r i g i n a lw e a ra n dt e a r , p r e c i s i o n k e e p i n g ，f a t i g u er e s i s t a n c e ；c o n t a c tr e s i s t a n c e ，a b i l i t yo fa n t i - e r o s i o na n da n t i 。c o n g l u t i n a t i o n e r e 1 ed a t ao ft h ee x p e r i m e n t ss h o wt h a tb e t t e rs u r f a c eq u a l i t yc o u l dl c a dt o b e r e t o p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ea n dl o n g e rl i f e + m o r er e s e a r c hh a sb e e nd o n et or e s e a r c ht h ep u l s ee l e c t r o c h e m i c a lf i n i s h i n gt e c h n o l o g y t h ep e c fh a sb e e na p p l i e dt om a c h i n et h eg e a r b e t t e ro p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ea n dl o n g e r l i f eo f g e a rw i l lb r i n ge c o n o m i c a la n ds o c i a lb e n e f i tt ot h eg e a rm a n u f a c t u r i n go f o u rc o u n t ； k e y w o r d s ：f i n i s h i n g ；p u l s ee l e c t r o c h e m i c a l ；s u r f a c eq u a l i t y ；p e r f o r m a n c ea n d l i f e ；g e a r 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学霞论文终尝及撞导教繇完全￥簿“大连瑗z 大学硕士、搏圭擎蕴论文版 权使用规定”，同意大避理工大学保留并向国家商关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位 论文懿全郝或邦分瘫察缡入畜关数撩簿迸行检索，毪霹采司影爨、缩印戢熬撼等 复制手段保存和汇编学位论文。 ， 裸鬻瞧，在生零瓣密嚣透愿零援投书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 谚在敷上努摇蠹封“”) 作者签名： 指导导师签名： ，蕴苎圣 辨 煎鲢一 迦篁年i 舅竺嚣 齿轮的脉冲电化学光整加工工芑研究 第一章绪论 1 1 写l 言 蠢轮广泛雳予工避生产秘规城装鍪孛，是规械设鍪孛豹关键基戳嚣转，广泛应瘸子 航窭航天、簸器、船舶、汽率、工穗机械、通用机械等多种主机制造行业。齿轮作为传 递逡动和动力的基础元件，在工业发展历程中，发撵着十分震要的作用。农当前全球工 业豫籽信息纯时代，齿轮作为重要的传动元伴，在梳械及备种应霜领域中笈浑着更加重 要的作用，其质量直接影响相关机械产品的质量以及在国际市场上的竞争力。 缝羞汽擎、祝械、航天铸工遂鬏壤熬不凝发蓑，要求蓉轮懿转麓速度大、承载能力 强、使用寿命长、运行嗓音小、制溅成本低；从而对齿轮的设计、加工、检测等方灏提 爨了更褰熬簧求。 目前，我国的齿轮总体水平与瞬外相比，存在着承载能力小、使用寿命低、嗓鬻高 等闽题。主鼹是长期以来人们对齿轮豹噪音、寿命等闯题主簧仅着鼹予解决加工糟腰上 存在的闯惹，而对零件表瑟质量的影响认 ； 不是。太羹鹩舔究表鞠，仞戮热工慧会程零 件表面留下程度不同的粗糙表面糨糙表面的存在影响了产品整机的使用性能和使用寿 鑫。同样，耱轮靛不嚣热王方法形成豹巷嚣壤曩逛鸯缳大嚣爨，齿轮鸯嚣黪袭嚣质爨阂 题同样也是造成齿轮噪音大、寿命斑的一个重要原因研究发现，机加工( 如磨削) 表 嚣微藏凡侮形貔呈“尖蜂坟”，搴擦慕数较大，初磨损高，凌嚣应办集中的敏感性较大， 疲劳强度低。为了提高齿轮的使用谯能、寿命和可靠性，在齿轮的畿后一道生产工序就 必须要对齿轮表面滋行光整加工。 所谱光熬加工技术，是指在机械热王中鬻在箍蕊零侔表嚣质量隽嚣煞鹣备静麓王方 法、加工技术【1 】。光整加工技术是机械制造技术的蘸要组成部分，光整加工在机械制造 串麴主要臻8 毒：躐夺蠢缨纯零接袭嚣粳糙发，去狳潮痰、徽褒裂绞等表嚣映貉，撬蹇 和改善零件袭面质嫩；提高零件表两物理力学性能，改善零件表面成力分布状态，提高 零传使用性缝秘寿俞；改善零件表瓣豹光泽度和光亮程度，提高零彳牛表面瀵洁程度# 去 除棱边毛刺，倒圆侧角，保证表面之间光滑过渡，撬高零件的装配王艺性等。对诲轮工 件来说，齿轮的光熬加工是指齿轮的表面质最得到大幅度掇高的同时实现精度的稳定甚 至可提高蕊工精度等级豹一耱葫王技术。齿轮工释鹃毙整翻王技拳簧解决豹核心瓣怒爨 然悬表面质盘、加工精度和生产率，这是实现先进制造技术的基础和前提。 产品蒺囊戆磐塔，国甄竞争力熬强疆，与光整麓工技术麴发爱鸯镊太熬关系。矬界 上发达国家对光整加工技术的研究和应用十分重视，如前苏联对光整加工的理论基础进 行了系统深入的研究，取褥了一大撼有使用价值的璁论和技术成果，以技术立国著称的 日本更注重予技术的吸收、消化，研究开发了大量的光整丽工工艺并在实舔生产串廒用 推广，取得了巨大的经济效益。德圜、美国、英国等对光整加工技术的研究开发与成用 氇十分重程，已有先进、实溺、有簸豹毙整黼工王芑在实繇生产孛菠用。 传统的光整加工技术主溪有珩滕、研磨、抛光、超精磨削、超精加工等，非传统的 蠢熬奏羹工菝零主要鸯露瓣滚麴工器磁力璎瘗、纯学、电纯学必整热王、电诧学瓿撼党整 加工等。非传统光憋加工技术，能够弥补传统光整加工中的不足之处，解决困扰传统光 齿轮赫赫挣裁魄拳党藏翱芏工艺爵窕 熬热工熬雅莲，翔爨骚凌及毂彀零锌耪糕夔毙熬鸯翼工骏及丈激王佟、复数藏覆、深，l 、秘 和微小尺寸零件盼光憋加工。 搬整燕王按寒誉仪仗是一个戳遮按零阕遴，露且还燕- - t 7 涉及电键攀、耪瓣学、潦 擦磨损、祝窀控涮、计髯梳技术簿多学科交叉韵练台技术。菠研究藏果籍键避我潼铡逡 业的发餍，研究成果襁生产实际中应用，会大懈度提高产品使用性能和瓣命，增强国际 枣绣竟祭力，著将褥副掰滋兹经济效薤黧拄会效簸。 。2 鸯竣老整熬叠鹣獗窕获凝 1 2 1 黹轮生产水平及艨用状况 齿瓣泼形的加工方寨往往因泼轮鲍络捣形状、精度答缎、使用要求、裳产批藿及务 厂生产条终靛不丽嚣袋爱羲蚕鼹翡嘉嶷。最卷冕蕊袁形热王方寨及其翔王鞲囊莲黉燕 裘1 - l f 2 j ： 装l - 1 齿轮麓王考桊及箕魏羔麓攘 t a b1 - ig e a r sm a c h i n i n gp r o j c c t sa n dp r i s i o n 袭l 以为有关我国齿轮的各种加工方法所糖达到的潮精度及其表黼粳糙度等级激 爨的麓套黼。 表1 心加工精度及其袭蕊租糙度替缎范丽 t a b1 - 2g e a r sm a o h i n l n gp r e c i s i o na n dg r a d vo f s u r f a c er o u g h n e s s 齿轮的脉冲电他学光整加工冀芑研究 同时，我国齿轮雷前的使用佳能和痔命与国步 糊比还有相鹭穴的差距，主凝表现在： 使用寿命短、噪音大、承裁能力低，对有些使用要对岂较高的齿轮产品，还需要依靠进口。 表1 3 为国内外齿轮产品性能比较表吼以汽车齿轮为例，国内的平均寿命熙1 0 1 5 万 公墨，嚣努警稳寿命是钧万公里；溱誊撵檬国蠹犬予8 5 d b ，嚣鏊癸是7 5 8 0 d b 齿 轮加工精度酱遍低1 2 缀。其它种类的齿轮，如高速齿轮、低遽踅载齿轮、机床齿轮、 减速器齿轮和拖拉机齿轮使用性能同阑外相比也有必似情况 表1 - 3 豳内步 齿轮产晶性能比较 螽蘸辑逡，齿轮豹麴王震量决定冀使臻毪憩及澎令等浚嚣。嚣兹，我莺意轮豹热王 质量普遍低于国外水平。主要表现在： 一、齿轮的加工精度低。发达国家如德、美、圈等都以硬齿筒齿轮占主导地位，其 篱4 造精度已可稳定达到6 级以上。两貔匿近l o 年来虽然硬齿瑟德轮发展很快，但总体 齿轮的脉冲电化学光整舶工z 艺研究 来激荡楚予囊款鸯甏舞露鼗嚣过渡阶段，国于耪辩成餐、熬憝理王葱不稳窀，热工设备 仍较陈旧，因而同样的生产条件下，我国齿轮的加工精度普遍比图外低1 吨级。 二、齿轮鹃表蕊度量麓。峦予鼗轮生产孛糖麴王楚英艇是整熬工接术疲怒不替遮， 得不到优良的表面质量，使得齿轮鼯件在臌用过程中不能发挥出威有的能能，达不剁使 用链能及搿命要求。解决的办法是：增加糖搬工及搬整搬羔工序，以改善鼗舱的袭露震 蠹，提高齿轮翡筏耀牲髓黧寿命。 1 2 2 硬齿面齿轮精加工放光整加工的研究现状 稷蹇盛嗣场台鹣不弱，黯齿轮热受囊爱骧霸王魏要求霹瑷菇势海三粪：， 第一类齿轮的精度要求非常商，通常遮4 级左右，多为单件生产或批煅很小- 该类 齿轮逶鬻瑾臻于航空、天文役器，捻验撬械等糖密辍藏行鼗。该类落轮热工薅懿这烈蔑 定精度为辩标，而加工成本及效率则不予太多考虑。这类荫轮热她理后盼精加工一般采 用瑞士m a a g 碟形砂轮磨齿枫，技术较为成熟，工艺较必稳定。 第二粪滢轮藤赓一觳菇5 6 缴，瘟弱子精密祝床、端织藐菰等行馥瓣齿轮。该类 齿轮的加工对加工精度、效率及成举都有定的要求，常聚用磨拨加工方法进行加工， 对霸工效率要求较藉戆，鬻采曩蜗轷砂轮藏蓬寿法来送行髓彝工。 第三种齿轮为6 7 级，应用于汽车制造、普通机床、工程机械、重型机械，特别 是汽车铡遗嚣监，该类齿轮生产斡特点是撤蠹丈、擞产效攀离、妻工成本低； 本文研究的对蒙就是第三类齿轮的充糕加工技术，邵硬齿面齿轮的光熬加工技术。 通过结合该类齿轮的生产特点和我阑监轮工业目裁的光整加工技术现状，威用脉冲电位 掌黄统党蹩热工按来，嵩浆率、繇成奉戆疆嵩鸯轮翡翔王鞲虚弱寝鑫豢黧，鼠两遮戮 提高使用性能和寿命的目的。下面针对该种齿轮国内外的精加工及光整加工方法及研究 嚣捩麴馥鬻迷。 1 硬齿面齿轮的传统机械精加工及光整加工简介 泼轮的精熟工及毙整搬工方法霹势必传统鲢爨藏敬工方法嚣嚣捷统艇工方法掰类。 霹前匿拜齿轮生产杼盈营遍采用磨齿和珩齿精加工工艺，褥高了热她理后齿轮豹翔工精 度芹鞋表面质爨。国内的齿轮生产厂家由于受加工成本及生产率的制约，对大擞量生产斡 袁轮采是翡精翅工方式圭要是第齿。盔予耧巍工艺镶逵霜予获齿蔼熬穰黧工，裁齿之后 的齿轮在进行热处遐工艺尉不可避免的要降低齿轮的加工精度，最终得到的齿面质鬣较 差，霉羲了我藿塞轮在基蕲帝矮弱竞争力。 磨齿和珩齿是硬齿面齿轮的两种主要精加工方法。磨齿可以得刹较好的齿面质最和 搬工精度，艇由于黪滢效率不离，曩生产中大量采鼹晷贵懿避蜀磨搬设备，势必大幅度 增翔齿轮翁黼工残零。蟊前辫内蘑齿工艺痰用还不酱遍，炎应孺到辩翻工成本最翩不多 的大型或精密齿轮糟加工中，如航空航天齿轮。由予生产成本的制约，在汽车齿轮这类 大熬藿生产戆纛轮中建戮广泛霾溺。 珩齿工装可以按工具的不同分为外啮含珩齿、内啮合珩齿及蜗杼珩齿工艺三种。外 踏含垮茜霹微量渗难送辁误差，清除霾轻徽凌磋嚣产生麓誊薤毛裁穗压痰，黢萎其袭瑟 质熬，其可将齿面裰糙度由热处理烯的r a 2 5 m n 减小到r a 0 6 3 9 m 以下。由于加工潍程 中疲月的盘状珩磨轮要经常修整，握轮蛉葳嫠在缀太程度上依赖撩住者的经验，嬲以臻 藩精度不稳定。另外，珩蘑轮酌凡僻精度、磨料和蒸俸镪瑷性能、掰削往熊箨技术指标 齿轮的脉冲电化学光整加工置芑研究 罄不荔测定。每鬣臻蘩嚣豹齿轮震蠢攒提缀难这嚣一致，这毽燕该z 艺不稳宠熬另一重 要因素。因此，珩磨后的齿轮很难稳定她达到7 8 缎精度要求，近年来已撮少采用。 蜗杆珩齿工艺珩削能力以及修正齿轮误差能力比外啮合珩齿工艺强，生产效率较 高。可强经济地加工枫廉牛等模数圆 妻童齿轮，稳定达到7 级耩发。但是此芑方法因 受赘磕会舔鬻懿隈裁，毽笼法赧工取联蠢轮孛懿誉壤轮，露枣鼗数落轮窝汽枣、蔻拉疆 行业中大量采用的圆柱斜齿轮难以达到7 8 级精魔；再者，蜗杆珩轮磨损厢螫经常进 行修整，不仪较为复杂，而且增加了加工成本。 内礁会掰齿与乡 噬会臻齿、蜗榜辫蠹工艺枢城较，可褥至g 较麓豹齿形藏赣距精度， 也可戳鸯霉王双联或多联瓷轮，魏工效率嵩。毽氇煮辩塞轮蘑损、热工藏本较蕊靛缺点。 目前，我国内啮合珩齿及其配套技术逐不完善，加工机床及相关设备基本上还滞要进口， 使加工成本滋一步提高，这些都限制其应用和推广。 除了以七a 辩常雳熊齿轮精细王及巍整热工方法辨，硬齿毯海轮豹光整翱誓方法还 有研齿窳懿谵等方法，魏擎它稻哭戆毒羧建簿低蠢瑟稚糙度，菇慧产效率太低，不适舍 应用于大批擞齿轮的生产中 为了弥补磨齿和珩齿等方法的不足，提高生产举、降低加工成本，国内外有关专家 疆究帮开发懿硬齿瑟齿轮糖热工熬方法还有以下凡瓣： 硬齿蠢稽滚采焉硬麓舍金囊前祭滚刀。在其奄工俸对囔鼹蹴过程孛，耩藤、巍翻 工件，切削力较大，为此要求滚齿机嫩有足够的剐度。意大利普法特公司生产的p e 系 列c n c 数控滚齿机是其舆型设备。由予该硬质合众刀具制造困难，修磨不翳，且大的 甥削力往技雉予保证稳定豹热工耱度，效率也不褰，嚣兹在大批豢墟轮生产串袋用不多。 硬齿藤精车齿硬齿鬻精车齿愚意穴释普法特公司在2 0 氆缎8 0 年代窃蹒溪静一释 高效型齿轮热处理后精加正方法，加墨精度可达6 级。其工作原理类似于刺激：车齿刀 与工件轴线嫩空间交错啮合传动，两齿廓间的滑移遄度即为切削速度，区别在于剃齿是 刃具与工赞窭峦噻会转动，瑟车盏刃与王锋有烈性凌联系保证其叛确对噻展残。器要播 出的是，刀熊轴向迸给辩必需象斜齿轮那样有附翻转动。精车鼗鸯一个穰大瀚届隈是不 能加工直齿轮。从车齿切削速度表达式可以看出： ￥c = 审毒g 黟= y bs i n 秘 t 1 - 1 1 式串：巧一车齿露海遮发；甄一刃嶷线速度：跨工终嚣线遮度；芦一辘交燕 工件与刀县黼者至少有一个是螺旋齿轮，否则不能形成空间交错轴传动，k 也就等于零。 但目前螺旋率齿刀制造a e 常困难，只熊做成直齿的。所以不能加工直齿轮，限制了此工 艺熬广泛应爝。 硬齿藤弟齿硬番蕊第l 齿是戆嚣h u r t h 公司在2 0 整纪8 0 笨健裙繇究嚣发瓣齿轮熬 处理后精加工方法，其原理与普通剃激基本相同。刀具是“微刀刃”剃齿乃，类似于外 啮合珩齿的珩轮，不同的是刀具用陶瓷做刀具粘结剂或在钢基体上用电镀的方法涂复立 方氮 二硼( c 转n ) 剁残。必解决普逶剃蠢不能提高童锌运动精度翡| ；鼋_ 医，剥瘸一对导轮 来实现刀其与工俸静强潦传动，魏释方法加工中产象齿形串鹜懿麓遂仍然依靠刀兵修澎 来解决。难因为所用刀凝特殊，国内掰前尚不能酉b 套，所以没有采用。 综上所逃，以上介绍的硬齿面齿轮的机械精加工及光整加工方法，一方面由于加工 鸯轮熬辣狰奄诧学巍藏霸王王艺研究 过程中刀具( 工具) 磨损，要经常谶行修整或爨换，且生产成本较高、加工效率偏低； 另一方馘为了提高加工精度及表面质量，生产中要大量采用谶口设备及工舆，大幅度地 增热了鸯曩互成本。基予这些医素，隈铡了其在鬻内熬雄广纛巍用。 2 。齿轮的非黄统精翻王及光整热工方法 传统的机械加工技术是指用比正件材料更域的刀具切除材料获得零件的加工方法。 非传统加正技术是指借助利用声、光、电、磁、水等能量加工零件的加工方法。与传统 熬瓿械热王方法鞠魄襄其毒诲多独蠢弱特点，毅瞧毽学妾羹王，凝育不受王 誊誊| 辩的硬度 豹影桷，工其不损耗等优点，可以弥蓊齿轮的梳械精热工及您整鸯g 工方法巾鲍不是。圈+ 内外许多学者把非传统加工技术引入到齿轮精加工及光整加工中，出现了以下几种非传 统齿轮糕加工及光整加工方法： 惫众麓遴麓爨会该工艺是将奄火蓬热王鸟鼗耱跑会攘绫会戆一瑗鞭戆翔工工艺， 其基零原理是在传动落轮副阕、齿轮辐啮合处，定颓施热绝缘介质油，程一定匏齿轮转 速下会形成油膜，油膜使相啮合齿间形成间隙，放电加工便在这薄的油膜中进行1 4 j 。由 于电火花加工的放电间隙既均匀又恒定( 当电源电参数确定不变时) ，使齿长或齿高先 在接皴熬嚣域进行火筏蔽毫。篷蓉敖毫热工静港褥，金藩被缓豫，接触豹嚣域逐步扩大， 火花放魄区域便随乏邂步向齿宽及齿高方向扩餍，齿轮接触耩度便愈益教燕，最终可选 所要求的接触精度。电火花齿轮跑食工艺可以去除齿面上的商点，提高齿筒的接触精度， 但加工效率偏低，加工后的齿轮只能配对使用，鼠得到的齿筒质量不佳，只能应用在某 些捷城热互难鞋艘臻熬场会孛。 电纯学剃齿意犬嗣的c a p e l l o ，g 等人予上个世纪七十举代末发明了该项光整热工 技术 5 】。其原理是采用一对分别与刀具和工件模数与齿数相同的高精度的传动齿轮来保 证精准的传动关系，阴极工具亦为铸轮形状，只不过在其齿孵和齿顶高上避行了修整， 来镖谖邀纯学麓工阕菰，逶过王擎瓷轮与工其纛 轮的“啮合”，实现了对硬齿面剃落加工虽然 该方案构思独特、新颗，由于在该技术中齿面的 去除属予鏖流电化学成型加工，因而限制了的盛 瑟热王精度及表覆溪爨，最终没鸯褥鬟羲蘩熬鳞 果，因而也没有能农生产实际中褥到应用和掭 广。 电勰珩齿加工嗽解珩齿加工技术是大避 莲工大学羧睾瑟发鹣。强1 1 隽冀秘王覆理霾+ 工作中工件齿轮2 与阴极4 问通以中性电解液3 ， 当所施加的电流密度在某一范围时。工件齿面发 生电化学阳极溶解的飚时会产生金属钝化膜。臻 轮l 豹律霜主要是去狳奄毪学缳瘸产生熬筏纯 翻1 - 1电解珩齿原缓圈 f i g1 - 1p r i n c i p l eo f e l e c t r o c h e m i c a l g e a rh o 埘n g 膜。但潮于加工中电解液采用喷溅的注入方式，难以充满整个加工区域，鼯致齿面的材 料只有鄢分靠电化学作用去除，加工不均匀、不稳定，所以齿面的大部分龛属还是通过 臻磨轮的瘵削作用去除。因此，与鬻齿加工相比，电解珩齿没能显示出其饿越性，限制 了其在垒产孛戆蘩广及应溺。 齿轮的脉冲电化学光整加工工磐研究 近年来，大连理工大学周镱迸教授等研究7 赫滓魄亿学齿轮的耱光与修形羧零， 将齿轮的修形与抛光技术结合在一起，同时完成齿轮修形与抛光。目前齿轮的脉冲电化 学机械光整加工技术已经比较成熟。 惠让学齿轮抛光与修形曩本学豢遣将电纯学抛光技术疲塌捌齿轮光熬热工中 即l 。该工艺方法较为筒攀，能有限蛾潞低齿面酶糕糙度，提离焱轮兹疲劳寿命。僵其 对齿形的修聪能力不强，飘应用强酸性电解质，操作起来不方便、不安全，对加工设备 有腐蚀，在生产中未见报道使用。 3 脉；枣藏纯学光整麴王研究溪状等选题豹塞义 1 3 1 研究璐状及背景 脉冲电化学光整加工的基本原理就是以周期间歇供电代替传统的连续供电使工件 发生逛证学麓缀溶解。稼羚篷纯学光整热_ 工霾其鑫巍豹特点窝优势，胃疆热工经秘强度、 硬度、韧性、脆性的金属辩料，并且可以进行超耩加工和镜露光熬加工。在糯关领域， 美国、日本、欧洲的学者都发表了大擞的研究文章，国内的大遵瑷工大学、晗尔滨工业 大学、南京航空航天大学等院校也开展了太量的研究工作。大连理工大学在脉冲电化学 竞整熬工及壤纯学瓿摄熬工领域，进行了广泛瑟深入鹣疆究，取磐了一些重要瓣弩 究残 果。下面对豳内外学者在脉冲电化学光熬加工和脉i 巾电亿学抚械光整船工两方瑟的研究 作简要介绍。 图1 - 2 成对电极脉冲电化学光整加工试验裟置和加工缩果 f i g1 - 2t e s t e ra n dm a c h i n i n g r e s u l t so f t w i ne l e c t r o d ep e c f 英莺擎糟j a m c g e o u g h 将电化学加工应用在模其的光整船工，研截了窀火花一电 化学抛光复合加工工艺 1 0 1 。英国某工厂以阀体型腔谶行光整加工试验，型腔缀电火花预 成型，直接用其电极在2 0 n a n 0 3 电髂液中进行高频、窄脉宽脉冲电流光整加工，表面 愆驾、毙整l l l l 。 日本系索大学的增螺隧久教授应髑成对电极法对放电加工磷进行脉、舞电纯学光整 加工证实脉冲电化学加正可以显著提商电火花加工后的表面质嫩，且光整加工效率高 还开发了电火花一电化学复合光整加工机床。加工原理和加工实例如图l - 2 所承“。 齿轮的脉冲屯化学光整加工工艺研究 日本的学者t m a s u z a w a 应用脉冲电化学光整m t ，解决了钨一碳合金的光整加工 难题，通过试验确定了合理的脉冲方式和波形。实际应用在电火花加工后表面光整，去 除了表面缺陷和热影响层，没有产生不均匀溶解。 图i - 3 为日本采用电火花电化学复合加工的模具实例。其方案为在e d m 或w e d m 成型加工模具型腔之后，直接用其屯极在 n a n 0 3 电解液中进行脉冲电化学光整加 工，以去除表面淬硬层和表面裂纹，达到 镜面级表面，并保持e d m 已经达到的高 精度。 荷兰学者c d e r e g t 应用脉冲电化学 光整加工精密零件，开发了加工机床。给 出了电流密度、脉冲参数、电解液流速等 图i - 3e d m 或w e d m 尺寸加工后脉冲电化 参数的较佳组合1 3 1 。 学光整加工模具的示例 美国的k p r a j l l r k 盯教授系统研究了 f i 9 1 - 3 e x a m p i eo f d i e sa n d m o u l d s w i t h e d m 脉冲电化学加工的特性，依据建立的数学 o rw e d mf l n i s h e db vp e c f 模型和实验结果，给出了加工间隙、脉冲 电流、电解液等工艺参数和加工表面质量的关系 1 4 j 【嘲 美国学者j j s u n 针对模具中镍基合金、钛合金等材料存在难以光整加工的问题， 开发了正反向电场相结合的脉冲电化学光整加工，提高了模具钢的光整加工表面质量 1 6 1 。 美国的j k o z a k 教授建立了脉冲电化学加工的数学模型，应用计算机模拟了脉冲电 化学加工过程。讨论了脉冲电化学加工提高加工精度和表面质量的原斟1 7 。2 0 1 。 日本学者m a s u z a w a 将脉冲电化学加 臻豸凳量蔫譬光篓翟乏：是：著銎兽阳搬，鼬明，也斛披 金属丝作为阴极，在阴极轴和阴极丝之间”飞、 喷电解液，使轴表面产生电化学微腐蚀， 一e = 三= = ：= j 兰；i 堇兰 舟 如图i - 4 所示。据报道，这种方法在直径 一 数十微米小轴的光整加工中取得了很好的 圈1 4 微细轴的脉冲电化学光饕加工图 效果，达到镜面级光整加工【2 l 】。 f i gi - 4m i c r o - p i n sb yp e c m 瑞典学者f a d a i et e h r a n i ，a 在电化学 机械加工过程中，采用脉冲电流代替直流电流。结果表明，脉冲电流中的脉宽、脉间的 不同组合可使机械去除和电化学去除之间的比例大范围可调，因而给过程控制和参数优 化带来很大便利田i 。 大连理工大学周锦进教授将脉冲电化学机械光整加工应用于精密合金钢带轧辊的 精加工中，加工后的轧辊表面粗糙度达r a o 0 2 5 m ，实现了镜面精密合金钢带材的直接 轧制生产。同时，还将脉冲电化学机械光整加工应用于齿轮、轴承等汽车零部件以及纺 织机械行业等工件表面的光整加工，实物图片如图i - 5 所示，图a 、b 所示为直齿圆柱 齿轮光整加工后的照片，c 图为汽车用伞齿轮光整加工后的照片，d 、e 图为轴承滚道光 整加工后的照片，f 为镜面轧辊光整加工后的照片，g 图为纺织机械中的v 型槽光整加 齿轮的脉冲电化学光整加工工芑研究 王后斡照片，h 圈先模兵糖准俸先整热工后豹照片。试验结莱表鞠，由手表甏糕糙度静 降低和表面微观几何形貌的改善，使零件的耐疲劳强度、接触冈魔、耐磨损性能和耐腐 蚀性能得到较大提高，使用寿命也有很大提高“”1 。 在摸其行驶，不论是篱攀还是复杂彤蟊静模具黧腔叛及标难佟酃一壹沿用人工抛光 豹方法，生产率低，模暴激腔戳及模暴檬准件懿表露旗蠢主要依赣撵竞者鹊实涨操作经 验，表面质擞难以保证，幽于模具表面质量不好，崴接影响了成溅产品的表面质量。作 者的导师周锦进教授在简单形面的模是型腔光整加工中，综合运用脉冲电化学光整加工 鞠电纯学规援党整热工等投拳，形成了壤其毙整热鬟域套技术，搜缮摸其鹃表嚣度量可 潋达到国外发这国家承平“。 f 图g 图h 图 图1 - 5 脉冲电化举光整加工后盼部分工件照片 p i c l - 5p h o t o so f s o m ep a r t s f i n i s h e db yt h ep e c f 献上述礤究袋采褰发炭豹文麸寒羲，各蓬学者在脉净宅诧学及其复合必整热工领域 盼研究菲常活跃，重视开发各释先进的毙整蕊工技零，其中是蔽辣i 串电话学稳电佬学复 合光整加工为研究的热点，在加工机理、_ i 艺参数、工装设备等方面有很多创新的研究， 并已经取得了一些较好的研究成果，弗应用于复杂形状工件和磷质材料工件的光整加 多- 誊轮瓣赫冲毫往学蠢整瓣王工艺磁究 工。从脉冲电化学光糕加工其自身的特点和优势中我们可以释出，该工艺w 以加工任何 强度、硬度、韧性、脆性的金属材料，并且可以进行超精加工和镜面光整加工，所以脉 ；孛电毙攀必整燕工兵蠢疆究蛰僮黟嚣发潜力，瓣箕进行系绕深入豹磅究鸯熬要意义。 1 3 2 谶耀辩意义 我国机械行业在黼效率的光熬加工技术的研究方面同发达国家相比有较大差距。由 于我国霸前机械产品质量存在的一想普遍问题，如齿轮、轴承等基础件的噪啬和寿命问 蘧帮没骞褥裂缀好翳决，蘧聚骞豹设备稆工艺 羹黢满是实器黛产戆器要，潦激疆褰疆承、 齿轮的袭面质量，精密轴承、齿轮簿基础件仍蒜大量进口，消耗大量外汇，给企业、茜 家带来了沉重的负担，严重阻碍了众业生产和缀济效益的提高。当前我国工业底子薄， 技术基础差，因此必镄从我国实际出发，深入研究和开发适碰我国国情的离效、经济的 是整熬王瑟工艺。 大遴理工大学光熬加工课题缎开发的脉冲电化学机械光燕加工工艺，设备结构简 单，成本低，吸收了机械光整加工精度的可控饿和电化学加工的高效率的优点，不必更 换磨j l s ，使加工效率大大提高。但憋脉冲电化学机械光整加工对工件原始凝丽的粗糙度 筑要求较褰( r a l 2 黼左袁) ，瓣予较耀糙表瑟豹魏工效率较爨，难鑫实蠛较耀糙表嚣 的高效率光整加工，并且对于机械作用和电化学作用的配合上要求很高，所以脉冲电化 学机械光憝加工工艺在实际应用中肖一定的局限性。 目前开展魄一些蒸础试验的数据表明，脉冲电化学光整加工( p e c f ) 省去了机械 终焉去狳套莛纯貘夔帮分，嚣显其王氅经更努，逡瘫整雯强，辩添姓表覆糕携疫要求煎苓 高，具肖自身的特色幂口优势，同电化学抛光和d e c m 魄较，p e c f 具有非线性电解液、 脉冲电流加工、小加i 间隙p e c f 和高速流动电解液等工艺特点 如巢够将脉冲彀纯学光整加点工艺应用谯基础传如轴承、齿轮等摩擦副表面的光 整热王上，吴莠重娶豹意义。蔻了绳裹嚣肉金数貔竞争力，激变穰塞辘承颡塞轮等产燕 依赖进口的现状，本文拟将脉冲电化学光整加工( p e c f ) 磁用于机械行渡中量大面广 的齿轮裟丽的光整加工中，希望能在基础件的袭丽光整加工中取得新的突破。在前期的 研究工作中发现，零体经p e c f 后显著提高零l 牛的使用性能，特别是提巍其承载能力 帮蓬焉寿命，对塞轮、麓承在降低臻音、提裹寿命豹疆度主潺透趣窭戮蓑鬏麓懿绪莱， 同时，脉冲电化学光撒加工的生产激率也高于般直流电化学机械加工，湖此对原始袭 面粗糙度的要求标准降低，适应范阐更广因此，如果将p e c f 推广到轴承、齿轮等基 础牛衰鬣的光整加工中，相信会寄嶷好的前景。 零文在慧结及分褥毯蓠蘸究或祭鹃基疆土，疆出一耱赣黪密轮竞整麓工工艺。零文 将脉冲电化学光整加工技术应用到予齿轮的齿筒光整加工中，研究和开发种更简单、 更有效的齿轮光整加工技术，提高齿轮表面质擞，提高其使用性能及寿命指标，这就是 提出本渫题的出发患及研究斡意义襁徐值。 1 4 本文研究的主要内容 齿轮脉冲电化学光整加工研究的目的在于保证加工精度的前提下，快遮有效的提嵩 齿轮鲍袭嚣质量。为了悲对量丈露广的硬齿嚣意轮瓣光整加王提蹬一个对工供原始表露 疆糙度簧求较低，盛黼效、糕成本豹赫掉毫健攀先整船工援米，本文将主袋研究对象确 齿轮鹣敞摔龟纯学宠整糯工王艺研究 定为齿轮的展成法脉冲电化学光整加工，针对展成法脉冲电化学光整加工的研究状况及 齿轮齿廓形状的特殊性，失了能够搬脉冲电化学光整加工技术羹好地应用予加工齿轮齿 瑟，零支簸懿工季筝圭爨爨下咒拿方瑟： 一、本文对展成法脉冲电化学光藤加工技术进行了大量的试验，对影响该工艺的影 响因素如：加工间隙、电解液的浓度和温度、脉冲电源的脉冲参数、光整加正过程中的 电流强度铸进行详细分辑，建立7 麟成法脉冲电化学光整加工闯隙的数学模型，对指导 实验簸鬟遴行莛餮了鬟簧终霉。 二、对展成法脉冲电化学光整加工后的齿轮亵面特性进行了深入系统的研究，重点 分析了齿轮表面特性的提高对零件使用性能和寿命的影响。 在脉冲电纯学光熬加工工艺方瓣，大连理工大学光整加工课题组在周锦避教授的带 矮下，将箕应嚣于复杂誓箨表瑟熬必整燕王，势凝褥了稳当辩熬效莱。零义将进一步爨 脉冲电化学光整加工工艺应用于量火面广的硬齿丽齿轮齿面的光整加工，将齿轮的脉冲 电化学光熬加工工艺作为一种先进的光整加工技术进行全面、累统、深入的研究和试验， 著研究了耀成法脉冲憩化学光整加王后的齿轮袭蕊特性以及焱轮表面特憾的提高对齿 轮蓬焉瞧g 农寿套豹影穰。 齿轮的脉冲电化学光整加工工艺研究 第二章脉冲电化学光整加工的原理及工艺特性 2 1 脉冲电化学光整加工的理论基础 脉冲电化学光整加工技术是在电化学加工技术的基础上发展起来的- f 7 新工艺、新 技术，其原理与电化学加工技术一样，以电化学阳极溶解的原理为基础，去除规律遵循 法拉第电解定律。早期电化学加工的理论分析局限于引用经典静电场理论和低电流密 度、静止电解液条件下的经典电化学理论。但脉冲电化学光整加工相比传统电化学加工 具有小加工间隙、大电流密度、高速流动电解液、高频率窄脉冲电流力工等新工艺特点， 这样其机理和工艺特性有别于经典电化学理论。本章旨在对脉冲电化学加工的电化学特 性、流场特性、电场特性、阳极溶解特性及其工艺特性等进行