螺旋錐齒輪電化學(xué)光整加工技術(shù)基礎(chǔ)研究

祖妍 馮新肖 譚寶龍

摘 要：光整加工是在目前為止較為高效的零件建工方法，其具有一定的先進(jìn)性，而在技術(shù)方式上的非接觸式則又可以更高效地對(duì)零件進(jìn)行加工。在電化學(xué)的領(lǐng)域中，光整加工所具有的良好的切割性是其他技術(shù)方式所不具備的，在追求零件表面美觀與高效的加工技術(shù)時(shí)，只有光整加工才能真正地做到對(duì)零件的微觀幾何形貌也進(jìn)行光整并具有美觀的特殊優(yōu)勢(shì)。因此在基礎(chǔ)機(jī)械件中，電化學(xué)光整加工作為優(yōu)秀的切割工藝，可以大大地改善零件的表面精度，提高零件的品質(zhì)，而螺旋錐齒輪恰恰需要絕對(duì)零件切割工藝的絕對(duì)精美性。因此光整加工方法的應(yīng)用對(duì)于提高螺旋錐齒輪的加工質(zhì)量，是具有高效有利的影響的。

關(guān)鍵詞：螺旋錐齒輪 電化學(xué)光整加工 脈沖電化學(xué)光整加工

中圖分類(lèi)號(hào)：TG662 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（c）-0038-02

在螺旋錐齒輪齒面的研究中，其的幾何結(jié)構(gòu)具有特殊性、因而若是能提高螺旋錐齒輪齒面加工的質(zhì)量，則是在最大程度上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)，為企業(yè)帶來(lái)盈利。而在目前的電化學(xué)光整加工的技術(shù)研究中，如何大幅度降低螺旋錐齒輪的表面粗糙度值，已經(jīng)成為行業(yè)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。同時(shí)，又因?yàn)槁菪F齒輪齒主要應(yīng)用于汽車(chē)制造行業(yè)，因此，提高螺旋錐齒輪齒面的使用性能也成為重要的研究方向。

1 目前螺旋錐齒輪光整加工技術(shù)的相關(guān)研究

1.1 國(guó)內(nèi)螺旋錐齒輪加工技術(shù)現(xiàn)狀

目前在國(guó)內(nèi)，螺旋錐齒輪的研究技術(shù)一直不成熟，一方面因?yàn)橥鈬?guó)對(duì)于螺旋錐齒輪技術(shù)的封鎖，而另一方面，螺旋錐齒輪革新的工藝技術(shù)一直不完善，因而變革中會(huì)受?chē)Ш侠碚摰鹊仍械募夹g(shù)理論的影響，因而也是不完善的。而在我國(guó)國(guó)內(nèi)，對(duì)于螺旋錐齒輪的加工方法與工藝改進(jìn)方法，并沒(méi)有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度體系的改進(jìn)與保護(hù)，因而國(guó)內(nèi)對(duì)于螺旋錐齒輪的加工技術(shù)研究困難重重。在傳統(tǒng)的加工方法中，我國(guó)比較普遍的技術(shù)便是對(duì)研齒與磨齒的精度進(jìn)行不斷地打磨與加工，而螺旋錐齒輪磨齒與研齒在加工中所產(chǎn)生的地各類(lèi)問(wèn)題，例如：研齒工藝中的齒輪熱變形，加工效率較低，加工質(zhì)量參差不齊等的工業(yè)難題，雖然矯正會(huì)相對(duì)耗費(fèi)成本，但是我國(guó)目前也有相對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方法，例如超聲研磨、通過(guò)電火花磨復(fù)合的方式來(lái)不斷地矯正工藝質(zhì)量。雖然我國(guó)目前的螺旋錐齒輪加工技術(shù)不完善，但是有其相應(yīng)的配套體系，因而對(duì)于螺旋錐齒輪的加工質(zhì)量也有一定的保證[1]。

1.2 國(guó)內(nèi)螺旋錐齒輪研究技術(shù)的缺陷性

在縱向比較國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有能查閱到的對(duì)螺旋錐齒輪齒進(jìn)行加工的技術(shù)中，有很大一部分的問(wèn)題暴露出來(lái)。例如在對(duì)螺旋錐齒齒輪的加工質(zhì)量要求中，國(guó)內(nèi)外的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量在對(duì)螺旋錐齒齒輪的打磨時(shí)有著多種嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。而其質(zhì)量差距的產(chǎn)生也不是由單一原因所導(dǎo)致的。例如在對(duì)齒輪的加工工藝中，加工效率低主要原因可能是方法落后，但是也與自身對(duì)螺旋錐齒齒輪的研究不透徹有關(guān)。在未能擁有世界最先進(jìn)的螺旋錐齒輪齒的前提下，對(duì)于齒輪的加工技術(shù)與工藝方法而言，核心技術(shù)之所以未得到廣泛挖掘與應(yīng)用，也與生產(chǎn)成本過(guò)高的現(xiàn)狀有關(guān)。在我國(guó)目前的齒輪加工研究領(lǐng)域中，由于研究成果出廠較慢、工藝效率低下等原因，在對(duì)硬齒面的加工技術(shù)中，一直存有爭(zhēng)議。磨齒和研齒工藝方法是否應(yīng)該統(tǒng)一，而在生產(chǎn)效率中，二者如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)上的并存，這些問(wèn)題都影響著我國(guó)的高端技術(shù)發(fā)展。與此同時(shí)，在我國(guó)現(xiàn)有并正在應(yīng)用的螺旋錐齒輪加工體系中，我國(guó)加工工藝裝備，包括工藝加工、工藝檢測(cè)等，主要都是靠成套引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的。技術(shù)體系的購(gòu)買(mǎi)成本高，直接拉動(dòng)了螺旋錐齒輪研究技術(shù)的費(fèi)用。而投資大、見(jiàn)效慢，折舊費(fèi)又高成為我國(guó)螺旋錐形齒輪研究技術(shù)的瓶頸。其由于生產(chǎn)成本過(guò)高所帶來(lái)的種種弊端，同時(shí)也是一般中小型企業(yè)所無(wú)法應(yīng)用該技術(shù)的原因。因此，在國(guó)內(nèi)，生產(chǎn)效率低、成本高成為了制約我國(guó)汽車(chē)發(fā)展的重要原因之一。而輪節(jié)線與齒根的滑動(dòng)速度也不均衡，這種差異會(huì)導(dǎo)致螺旋錐齒輪的齒面在加工研磨的時(shí)候，受力不均，進(jìn)而影響螺旋錐齒的輪齒面出廠的質(zhì)量。

2 螺旋錐齒輪電化學(xué)光整加工技術(shù)基礎(chǔ)研究

2.1 電化學(xué)光整加工技術(shù)的比較與應(yīng)用

在電化學(xué)的領(lǐng)域中，光整加工的研究工藝方法具有一定的獨(dú)特性。而這種獨(dú)特性可以通過(guò)比較進(jìn)行表現(xiàn)。電化學(xué)光整加工在對(duì)螺旋錐齒輪的加工過(guò)程中，工藝方法普遍會(huì)選擇電化學(xué)光整加工中的移動(dòng)式脈沖技術(shù)或者機(jī)械復(fù)合光整加工。而這兩種加工技術(shù)，都是利用溶解現(xiàn)象。而溶解現(xiàn)象是基于對(duì)電化學(xué)中電陽(yáng)極的整合與利用。但是值得一提的是這兩種工藝在應(yīng)用上各具差異，有不同的特性。正是在這種獨(dú)特性的前提下，螺旋錐齒輪在利用電化學(xué)光整加工技術(shù)時(shí)便出現(xiàn)了以下的難點(diǎn)。首先螺旋錐齒中齒輪的幾何結(jié)構(gòu)是各具特點(diǎn)的。而如何分辨出齒輪的不同特點(diǎn)，并根據(jù)其齒面的要求，來(lái)加工所需要的齒面結(jié)構(gòu)。其次對(duì)于應(yīng)用電化學(xué)光整技術(shù)所加工出來(lái)的零件的質(zhì)量狀況也是技術(shù)難點(diǎn)。螺旋錐齒輪的質(zhì)量參差不齊，這也就造成了很多齒輪的表面質(zhì)量較差，因此如何對(duì)所選擇的光整加工工藝能獲得最高的整平效果，統(tǒng)一也是技術(shù)比較中的重點(diǎn)。而這一系列工作的最終目的在于達(dá)到高效高質(zhì)量的整平效果。

在對(duì)電化學(xué)陽(yáng)極溶解的過(guò)程中，電流密度可以用來(lái)提高整體的去除量，從另一方面來(lái)說(shuō)，電流密度可以用來(lái)提高整平的效率。而要達(dá)到這種效果，首先應(yīng)該具備一個(gè)前提就是電流密度的提高一定會(huì)對(duì)整平質(zhì)量產(chǎn)生良好的影響。但是實(shí)驗(yàn)中表明：電化學(xué)光整加工所要求的整平質(zhì)量，與極間電流場(chǎng)是有一定影響的，但是相對(duì)于電流線分布以及電流密度而言，電極間的流場(chǎng)與電極溫度場(chǎng)都在一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)的效果。因此，在對(duì)于螺旋錐齒輪的電化學(xué)光整加工技術(shù)的選擇來(lái)說(shuō)，移動(dòng)式脈沖加工若能與機(jī)械復(fù)合光整加工相結(jié)合，理論上來(lái)說(shuō)可以獲得較為良好的整平效果。因此對(duì)于這兩種技術(shù)而言，如果可以對(duì)其加以探討，便有助于整平效果的研究而這還將涉及到工具陰極（移動(dòng)式）、機(jī)械單元與脈沖電流的機(jī)理分析。其不僅有利于電化學(xué)光整加工的深度研究，更有利于完善整平機(jī)理機(jī)制，這種機(jī)理的改善，對(duì)表面質(zhì)量較差的基礎(chǔ)零件具有一定的改善效果與現(xiàn)實(shí)意義[2]。

2.2 電化學(xué)光整加工工藝的基本原理

電化學(xué)光整加工的原理主要是由電解液系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、電源系統(tǒng)組成，而這系統(tǒng)主要的應(yīng)用目的便是通過(guò)更精細(xì)的操作來(lái)改善零件的表面質(zhì)量。

電極系統(tǒng)。由陽(yáng)極與陰極構(gòu)成在光整加工時(shí)發(fā)生作用。而在陽(yáng)極（俗稱(chēng)工件陽(yáng)極）與陰極（俗稱(chēng)工具陰極）表面的距離之間有著一定的電解液，這時(shí)的電解壓不僅有高度的壓強(qiáng)，更有高速的流動(dòng)。電源系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的運(yùn)作主要是為機(jī)械提供電能，通過(guò)能源的維持供應(yīng)，來(lái)保持陽(yáng)極溶解的金屬活動(dòng)的持續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。而在整個(gè)體統(tǒng)的運(yùn)行中，電化學(xué)光整加工用來(lái)改善表面質(zhì)量主要是通過(guò)工件陽(yáng)極的相互作用來(lái)表現(xiàn)，第一點(diǎn)是通過(guò)去除零件的表層垃圾、毛刺、變質(zhì)層等等來(lái)穩(wěn)定零件的表質(zhì)層；第二點(diǎn)便是在穩(wěn)定零件表面的同時(shí)，對(duì)零件加工的精度進(jìn)行提高。因此，電化學(xué)光整加工的整平功能可以通過(guò)陽(yáng)極表面的微觀技術(shù)來(lái)提高機(jī)械零件的基礎(chǔ)表面質(zhì)量。同時(shí)也具有更高的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展研究提供戰(zhàn)略影響[3]。

2.3 電化學(xué)光整加工工藝實(shí)施方案

螺旋錐齒輪在電化學(xué)光整加工工藝實(shí)施方案中，具體有如下的操作措施。

首先螺旋錐齒輪的齒面結(jié)構(gòu)具有一定的幾何特點(diǎn)，這種特點(diǎn)對(duì)于加工質(zhì)量的現(xiàn)狀有著不利的影響。所以首先需要對(duì)螺旋錐齒輪的齒面進(jìn)行電化學(xué)的篩選，在篩選過(guò)后再對(duì)需要運(yùn)用光整加工工藝方法的零件進(jìn)行技術(shù)與難點(diǎn)的突破。之后需要制定工具陰極的相應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、幾何運(yùn)動(dòng)方案、幾何設(shè)計(jì)方案與加工設(shè)備的應(yīng)用綜合，這都需要螺旋錐齒輪與機(jī)械相應(yīng)的配合。因此，首先需要確定問(wèn)題的解決方法，而解決的基本思路是：對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的螺旋錐齒輪銑齒機(jī)結(jié)合機(jī)械式螺旋錐齒輪幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行工作，在這兩點(diǎn)的結(jié)合下，可以首先獲得質(zhì)量相對(duì)較高的整平效果，而在這種整平效果之后再對(duì)零件進(jìn)行相應(yīng)的精度加工與強(qiáng)度加工。在這時(shí)便要求提供一個(gè)良好的流場(chǎng)環(huán)境與適應(yīng)的溫度場(chǎng)。在這種環(huán)境下電化學(xué)中的陽(yáng)極才能夠溶解出更多的產(chǎn)物，從而排出不需要的條件。在這種模式的運(yùn)行下，可以最大程度地簡(jiǎn)化陰極工具在對(duì)幾何結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)的過(guò)程。

在對(duì)螺旋錐齒輪的電化學(xué)光整加工過(guò)程中，將會(huì)面臨諸多的問(wèn)題與難點(diǎn)，但是只要掌握一定的技術(shù)規(guī)則與工藝方法，對(duì)于螺旋錐齒輪的光整加工便會(huì)相對(duì)順利。同時(shí)也只有面對(duì)更為復(fù)雜的電化學(xué)光整加工問(wèn)題，才能使得工藝方法逐步的改進(jìn)，選擇適合零件加工的具體措施，不斷地完善對(duì)電化學(xué)光整加工整平機(jī)理整合的認(rèn)知[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

電化學(xué)光整加工無(wú)論實(shí)在工藝還是技術(shù)上，都已經(jīng)憑借其高效的技術(shù)和獨(dú)特的應(yīng)用性而被矚目。而在光整加工的技術(shù)運(yùn)用中，無(wú)論是整平過(guò)程，還是規(guī)律研究，都已經(jīng)展現(xiàn)出了其對(duì)于零件加工的精細(xì)化與柔性化，這些都表明電化學(xué)光整加工的獨(dú)特的潛力。隨著研究的精度不斷加深，對(duì)于光整加工會(huì)有更高的要求。精密與超精密加工能否通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。機(jī)械制造能不能通過(guò)對(duì)電化學(xué)的應(yīng)用對(duì)過(guò)程控制自動(dòng)化與智能化形成相配套的零件體系。都將不斷地影響著電化學(xué)技術(shù)在螺旋錐齒輪的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 北京齒輪廠.螺旋錐齒輪[M].北京：科學(xué)出版社，1974.

[2] 譯文集.格利森錐齒輪技術(shù)資料（第三分冊(cè)）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3] 譯文集.格利森錐齒輪技術(shù)資料（第五分冊(cè)）[M].機(jī)械工業(yè)出版杜，1984.

[4] 楊世春，汪鳴錚，張銀喜.襲面質(zhì)量與光整技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[5]曾韜.螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)與加工[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.