基于雙峰脈沖電流電化學(xué)復(fù)合機(jī)械的分齒式齒輪齒面光整加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬表面加工技術(shù)，特別是金屬齒輪的精密鏡面光整加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪制造業(yè)是工業(yè)化的重要標(biāo)志，在工業(yè)化國(guó)家中通常是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)之 一。由于齒輪具有傳動(dòng)比精確、傳動(dòng)比變化范圍大、圓周速度變化范圍大、傳動(dòng)功率大、效率 高、使用壽命長(zhǎng)、以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為制造業(yè)中多種機(jī)器的核心傳動(dòng)元件，廣 泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、摩托車、特種車輛、機(jī)車、船舶、冶金機(jī)械、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī) 械、電梯、輕工機(jī)械、通用機(jī)械、航空航天設(shè)備等事關(guān)國(guó)計(jì)民生的各行各業(yè)。
[0003] 我國(guó)在齒輪制造技術(shù)、工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量上，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在比較明顯 的差距。國(guó)產(chǎn)齒輪與國(guó)外齒輪質(zhì)量差距主要表現(xiàn)為：精度偏低、齒面粗糙度值偏高；而在使 用性能上主要表現(xiàn)為：壽命普遍偏低、噪音較大、承載系數(shù)小，疲勞壽命低。由于近10年數(shù) 控磨齒機(jī)的快速發(fā)展以及在齒輪制造企業(yè)不同程度的裝備，齒輪的加工精度在技術(shù)上已經(jīng) 不是問題，解決齒輪齒面的粗糙度問題成為目前的主要方向。
[0004] 按原理的不同，目前通用的齒輪的精加工及光整加工方法可分為以下幾類： (1)剃齒：剃齒是我國(guó)許多齒輪制造企業(yè)采用的一種齒輪精加工工藝，一般只適用于軟 齒面齒輪的精加工，熱處理后齒面的變形將降低齒輪的加工精度，且剃齒加工中的積肩瘤 現(xiàn)象嚴(yán)重，最終得到的齒面質(zhì)量較差，經(jīng)濟(jì)粗糙度一般在RaO. 8 μπι~1. 6 μπι之間。
[0005] (2)珩齒：珩齒按工具與工件嚙合方式的不同可分為外嚙合珩齒、內(nèi)嚙合珩齒 及蝸桿珩齒工藝三種，較之外嚙合珩齒及蝸桿珩齒，內(nèi)嚙合珩齒可得到較高的齒形和齒 距精度，但國(guó)內(nèi)內(nèi)嚙合珩齒及其配套技術(shù)還不完善，加工機(jī)床及相關(guān)設(shè)備基本上還需要 進(jìn)口，因而其在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還比較少；珩齒能獲得比磨齒低一點(diǎn)的齒面經(jīng)濟(jì)粗糙度，一般在 RaO. 8 μ m~0. 4 μ m之間，但是在加工過程中珩輪要經(jīng)常修整，加工質(zhì)量在很大程度上依賴于 操作者的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0006] (3)磨齒工藝：磨齒是當(dāng)前最廣泛的的齒輪精密加工工藝，按加工原理，可分為成 形磨和展成磨。成形磨由于具有高效率的優(yōu)勢(shì)，正成為磨齒工藝發(fā)展的主流方向。磨齒可 以得到比較高的加工精度，但是齒面質(zhì)量并不能達(dá)到很高要求，目前磨齒齒面經(jīng)濟(jì)粗糙度 一般在RaO. 8 μπι~0. 4 μπι之間，并且磨削過程中容易發(fā)生燒傷現(xiàn)象，對(duì)表面質(zhì)量常常產(chǎn)生 不利影響。此外，磨齒機(jī)的價(jià)格昂貴，動(dòng)輒幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)，對(duì)操作者的技術(shù)水平具有一 定要求，加工成本高。
[0007] (4)電化學(xué)復(fù)合珩齒：使用恒流的直流電流(如圖1所示)，被加工工件表面在電化 學(xué)作用下處于鈍化狀態(tài)（圖2的CD段)，與機(jī)械作用配合通過鈍化-活化-溶解的循環(huán)進(jìn)行 拋光，對(duì)機(jī)械作用依賴程度高。
[0008] (5)脈沖電化學(xué)復(fù)合珩齒：使用離散的單峰脈沖電流(如圖3所示)，被加工表面在 電化學(xué)作用下處于鈍化狀態(tài)（圖2的CD段)，雖然脈沖電流具有對(duì)流場(chǎng)改善的作用，但是由 于是不連續(xù)的單峰脈沖電流作用，光整加工效率并不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的旨在提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)以上缺陷，能提供快速精密鏡面拋光 的基于雙峰脈沖電流電化學(xué)復(fù)合機(jī)械的分齒式齒輪齒面光整加工方法。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案是：將金屬齒輪接脈沖電源的正極，在所述脈沖電源負(fù)極接陰極 導(dǎo)電體，在所述金屬齒輪和陰極導(dǎo)電體之間通以中性電解液，在金屬齒輪的一側(cè)浮動(dòng)地設(shè) 置拋光工具，所述脈沖電源的脈沖頻率為5000 Hz~7000Hz ;其特征在于：所述脈沖電源在 每個(gè)脈沖周期輸出兩個(gè)脈沖峰值，陰極導(dǎo)電體沿所述金屬齒輪的齒面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，拋光工 具在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還沿金屬齒的輪齒面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；每加工所述金屬齒輪的一個(gè)齒面后，陰 極導(dǎo)電體和拋光工具分別相對(duì)遠(yuǎn)離所述金屬齒輪，待金屬齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒形后，陰極導(dǎo)電 體和拋光工具分別再向所述金屬齒輪靠攏，再進(jìn)行后一個(gè)齒面的加工。
[0011] 拋光時(shí)，脈沖電源以一定頻率輸出脈沖電流，每個(gè)周期輸出兩個(gè)不同峰值的脈沖 電流IdP I 2 (如圖4所示)，其中，脈沖電流I1使金屬齒輪表面處于鈍化保護(hù)狀態(tài)（圖2的 CD段)，脈沖電流12使金屬齒輪表面處于超鈍化溶解狀態(tài)（圖2的DE段）；當(dāng)金屬齒輪表面 在脈沖電流I 1作用下處于鈍化保護(hù)狀態(tài)時(shí)，會(huì)在金屬齒輪表面生成一層鈍化膜，該鈍化膜 有保護(hù)工件表面不被電流溶解的作用，當(dāng)金屬齒輪被外側(cè)的拋光工具刮去表面尖峰的鈍化 膜時(shí)，由于表面尖峰處不被保護(hù)，而實(shí)現(xiàn)電化學(xué)溶解；當(dāng)脈沖電源輸出脈沖電流1 2時(shí)，在合 適的工藝參數(shù)條件下，表面尖峰可以在脈沖電流I2作用下實(shí)現(xiàn)超鈍化的脈沖電化學(xué)溶解和 拋光，該過程的溶解和拋光效率遠(yuǎn)高于單純的電化學(xué)機(jī)械拋光、脈沖電化學(xué)拋光和脈沖電 化學(xué)機(jī)械拋光；同時(shí)，由于脈沖電流1 2的超鈍化溶解拋光作用，拋光過程對(duì)機(jī)械作用的依賴 程度低。
[0012] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、拋光效率高：可將粗磨后的金屬齒輪表面直接拋光至鏡面，不需進(jìn)行半精磨和精磨； 并且由于使用了兩個(gè)不同峰值的脈沖電流，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪齒面的可控電解及加速溶 解，拋光效率遠(yuǎn)高于單純的電化學(xué)機(jī)械拋光、脈沖電化學(xué)拋光或脈沖電化學(xué)機(jī)械拋光。
[0013] 2、拋光效果好：可使齒輪齒面直接被拋光至RaO. I Mffl以下，優(yōu)化工藝參數(shù)條件 下，可拋光至Ra0.0 2 Mm以下，從而加工出鏡面效果。
[0014] 3、拋光過程不受齒輪齒面硬度的限制，拋光過程中不產(chǎn)生磨削力和磨削熱，不產(chǎn) 生附加應(yīng)力，拋光表面也不會(huì)產(chǎn)生磨削燒傷和裂紋。
[0015] 4、拋光成本低。
[0016] 5、拋光過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，適用范圍廣泛。
[0017] 6、使用中性電解液，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，是一種綠色制造方法。
[0018] 另外，本發(fā)明所述兩個(gè)脈沖峰值的脈沖電流分別為脈沖電流I1和脈沖電流I 2;脈 沖電流I1的電流值為150A~200 A，脈沖電流I2的電流值為250 A~600 A，可使得齒輪 齒面在拋光時(shí)分別處于鈍化狀態(tài)和超鈍化狀態(tài)，鈍化狀態(tài)時(shí)與機(jī)械作用配合，實(shí)現(xiàn)電化學(xué) 機(jī)械復(fù)合拋光，超鈍化狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)脈沖電化學(xué)溶解和拋光，這兩個(gè)過程的合理匹配，使得 拋光效率遠(yuǎn)高于單純的電化學(xué)機(jī)械拋光、脈沖電化學(xué)拋光和脈沖電化學(xué)機(jī)械拋光，并且對(duì) 機(jī)械作用的依賴程度低。
[0019] 為了分別實(shí)現(xiàn)金屬齒輪齒面的電化學(xué)機(jī)械復(fù)合拋光和脈沖電化學(xué)拋光，脈沖電流 I1作用時(shí)間與脈沖電流12作用時(shí)間比為1 :1。
[0020] 在所述中性電解液總質(zhì)量中，15%~35%為NaNO3,10%~20%為NaCL，5%~10%為 NaCLO3,1%~2%為NaSO4,其余為水。
[0021] 以往的中性電解液由NaNOjP NaCL組成，本發(fā)明加入NaCLO 3和NaSO 4，使得電解液 的非線性更加明顯，鈍化閾值和超鈍化閾值降低，更有利于提高拋光效率。
[0022] 更進(jìn)一步地，為了一次可以加工多個(gè)齒，并且能夠良好地保持齒形精度，所述陰極 導(dǎo)電體可以為設(shè)有所述齒輪齒形的仿形體。
[0023] 為了配合齒輪的特殊齒形，提高拋光效率，本發(fā)明所述拋光工具為砂輪或拋光磨 輪。
[0024] 更進(jìn)一步地，所述拋光工具可以為珩磨輪。
【附圖說明】
[0025] 圖1為電化學(xué)機(jī)械拋光使用的直流電流波形圖。
[0026] 圖2為陽(yáng)極表面極化曲線圖。
[0027] 圖3為單峰脈沖電流波形圖。
[0028] 圖4為雙峰脈沖電流波形圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明的一種加工狀態(tài)示意圖。
[0030] 圖6為本發(fā)明的別一種加工狀態(tài)局部示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0032] 一、配制電解液：以NaNO3、NaCL、NaCL03、NaSO4和水配制不同的中性電解液，并使 各占比為：15% ~35% 為 NaNO3,10% ~20% 為 NaCL，5% ~10% 為 NaCLO3,1% ~2% 為 NaS04。
[0033] 單位：kg 二、加工例1 :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于雙峰脈沖電流電化學(xué)復(fù)合機(jī)械的分齒式齒輪齒面光整加工方法，將金屬齒輪 接脈沖電源的正極，在所述脈沖電源負(fù)極接陰極導(dǎo)電體，在所述金屬齒輪和陰極導(dǎo)電體之 間通以中性電解液，在金屬齒輪的一側(cè)浮動(dòng)地設(shè)置拋光工具，所述脈沖電源的脈沖頻率為 5000 Hz~7000Hz ;其特征在于：所述脈沖電源在每個(gè)脈沖周期輸出兩個(gè)脈沖峰值，陰極導(dǎo) 電體沿所述金屬齒輪的齒面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，拋光工具在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還沿金屬齒輪的齒面做往 復(fù)運(yùn)動(dòng)；每加工所述金屬齒輪的一個(gè)齒面后，陰極導(dǎo)電體和拋光工具分別相對(duì)遠(yuǎn)離所述金 屬齒輪，待金屬齒輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒形后，陰極導(dǎo)電體和拋光工具分別再向所述金屬齒輪靠攏， 再進(jìn)行后一個(gè)齒面的加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述光整加工方法，其特征在于所述兩個(gè)脈沖峰值分別的脈沖電流 為脈沖電流I1和脈沖電流I 2;脈沖電流I i的電流值為150A~200 A，脈沖電流I 2的電流 值為250 A~600 A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述光整加工方法，其特征在于所述脈沖電流I i作用時(shí)間與脈沖電 流I2作用時(shí)間比為1 :1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述光整加工方法，其特征在于在所述中性電解液總質(zhì)量 中，15% ~35% 為 NaNO3,10% ~20% 為 NaCL，5% ~10% 為 NaCLO3,1% ~2% 為 NaSO4,其余為 水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述光整加工方法，其特征在于所述陰極導(dǎo)電體為設(shè)有所 述金屬齒輪齒形的仿形體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述光整加工方法，其特征在于所述拋光工具為砂輪或珩磨輪。
【專利摘要】基于雙峰脈沖電流電化學(xué)復(fù)合機(jī)械的分齒式齒輪齒面光整加工方法，涉及金屬齒輪齒面的加工技術(shù)領(lǐng)域。將金屬齒輪接脈沖電源的正極，在所述脈沖電源負(fù)極接陰極導(dǎo)電體，在所述金屬齒輪和陰極導(dǎo)電體之間通以中性電解液，在金屬齒輪的一側(cè)浮動(dòng)地設(shè)置拋光工具，在脈沖電源的脈沖頻率為5000Hz～7000Hz條件下，在每個(gè)脈沖周期輸出兩個(gè)脈沖峰值，本發(fā)明拋光效率高，拋光效果好，拋光過程不受齒輪齒面硬度的限制，成本低。
【IPC分類】B23H5-08
【公開號(hào)】CN104708132
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510158521
【發(fā)明人】王輝, 吳美紅
【申請(qǐng)人】海安欣凱富機(jī)械科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日