螺旋錐齒輪電化學光整加工技術基礎研究

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，其具有一定的先進性，而在技術方式上的非接觸式則又可以更高效地對零件進行加工。在電化學的領域中，光整加工所具有的良好的切割性是其他技術方式所不具備的，在追求零件表面美觀與高效的加工技術時，只有光整加工才能真正地做到對零件的微觀幾何形貌也進行光整并具有美觀的特殊優勢。因此在基礎機械件中，電化學光整加工作為優秀的切割工藝，可以大大地改善零件的表面精度，提高零件的品質，而螺旋錐齒輪恰恰需要絕對零件切割工藝的絕對精美性。因此光整加工方法的應用對于提高螺旋錐齒輪的加工質量，是具有高效有利的影響的。

關鍵詞：螺旋錐齒輪 電化學光整加工 脈沖電化學光整加工

中圖分類號：TG662 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0038-02

在螺旋錐齒輪齒面的研究中，其的幾何結構具有特殊性、因而若是能提高螺旋錐齒輪齒面加工的質量，則是在最大程度上實現高質量生產，為企業帶來盈利。而在目前的電化學光整加工的技術研究中，如何大幅度降低螺旋錐齒輪的表面粗糙度值，已經成為行業的難點與重點。同時，又因為螺旋錐齒輪齒主要應用于汽車制造行業，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的相關研究

1.1 國內螺旋錐齒輪加工技術現狀

目前在國內，螺旋錐齒輪的研究技術一直不成熟，一方面因為外國對于螺旋錐齒輪技術的封鎖，而另一方面，螺旋錐齒輪革新的工藝技術一直不完善，因而變革中會受嚙合理論等等原有的技術理論的影響，因而也是不完善的。而在我國國內，對于螺旋錐齒輪的加工方法與工藝改進方法，并沒有獨立的知識產權制度體系的改進與保護，因而國內對于螺旋錐齒輪的加工技術研究困難重重。在傳統的加工方法中，我國比較普遍的技術便是對研齒與磨齒的精度進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生的地各類問題，例如：研齒工藝中的齒輪熱變形，加工效率較低，加工質量參差不齊等的工業難題，雖然矯正會相對耗費成本，但是我國目前也有相對應的改進方法，例如超聲研磨、通過電火花磨復合的方式來不斷地矯正工藝質量。雖然我國目前的螺旋錐齒輪加工技術不完善，但是有其相應的配套體系，因而對于螺旋錐齒輪的加工質量也有一定的保證[1]。

1.2 國內螺旋錐齒輪研究技術的缺陷性

在縱向比較國內外現有能查閱到的對螺旋錐齒輪齒進行加工的技術中，有很大一部分的問題暴露出來。例如在對螺旋錐齒齒輪的加工質量要求中，國內外的汽車驅動質量在對螺旋錐齒齒輪的打磨時有著多種嚴格的標準要求。而其質量差距的產生也不是由單一原因所導致的。例如在對齒輪的加工工藝中，加工效率低主要原因可能是方法落后，但是也與自身對螺旋錐齒齒輪的研究不透徹有關。在未能擁有世界最先進的螺旋錐齒輪齒的前提下，對于齒輪的加工技術與工藝方法而言，核心技術之所以未得到廣泛挖掘與應用，也與生產成本過高的現狀有關。在我國目前的齒輪加工研究領域中，由于研究成果出廠較慢、工藝效率低下等原因，在對硬齒面的加工技術中，一直存有爭議。磨齒和研齒工藝方法是否應該統一，而在生產效率中，二者如何實現生產結構上的并存，這些問題都影響著我國的高端技術發展。與此同時，在我國現有并正在應用的螺旋錐齒輪加工體系中，我國加工工藝裝備，包括工藝加工、工藝檢測等，主要都是靠成套引進國外技術進行生產的。技術體系的購買成本高，直接拉動了螺旋錐齒輪研究技術的費用。而投資大、見效慢，折舊費又高成為我國螺旋錐形齒輪研究技術的瓶頸。其由于生產成本過高所帶來的種種弊端，同時也是一般中小型企業所無法應用該技術的原因。因此，在國內，生產效率低、成本高成為了制約我國汽車發展的重要原因之一。而輪節線與齒根的滑動速度也不均衡，這種差異會導致螺旋錐齒輪的齒面在加工研磨的時候，受力不均，進而影響螺旋錐齒的輪齒面出廠的質量。

2 螺旋錐齒輪電化學光整加工技術基礎研究

2.1 電化學光整加工技術的比較與應用

在電化學的領域中，光整加工的研究工藝方法具有一定的獨特性。而這種獨特性可以通過比較進行表現。電化學光整加工在對螺旋錐齒輪的加工過程中，工藝方法普遍會選擇電化學光整加工中的移動式脈沖技術或者機械復合光整加工。而這兩種加工技術，都是利用溶解現象。而溶解現象是基于對電化學中電陽極的整合與利用。但是值得一提的是這兩種工藝在應用上各具差異，有不同的特性。正是在這種獨特性的前提下，螺旋錐齒輪在利用電化學光整加工技術時便出現了以下的難點。首先螺旋錐齒中齒輪的幾何結構是各具特點的。而如何分辨出齒輪的不同特點，并根據其齒面的要求，來加工所需要的齒面結構。其次對于應用電化學光整技術所加工出來的零件的質量狀況也是技術難點。螺旋錐齒輪的質量參差不齊，這也就造成了很多齒輪的表面質量較差，因此如何對所選擇的光整加工工藝能獲得最高的整平效果，統一也是技術比較中的重點。而這一系列工作的最終目的在于達到高效高質量的整平效果。

在對電化學陽極溶解的過程中，電流密度可以用來提高整體的去除量，從另一方面來說，電流密度可以用來提高整平的效率。而要達到這種效果，首先應該具備一個前提就是電流密度的提高一定會對整平質量產生良好的影響。但是實驗中表明：電化學光整加工所要求的整平質量，與極間電流場是有一定影響的，但是相對于電流線分布以及電流密度而言，電極間的流場與電極溫度場都在一定程度上影響了實驗的效果。因此，在對于螺旋錐齒輪的電化學光整加工技術的選擇來說，移動式脈沖加工若能與機械復合光整加工相結合，理論上來說可以獲得較為良好的整平效果。因此對于這兩種技術而言，如果可以對其加以探討，便有助于整平效果的研究而這還將涉及到工具陰極（移動式）、機械單元與脈沖電流的機理分析。其不僅有利于電化學光整加工的深度研究，更有利于完善整平機理機制，這種機理的改善，對表面質量較差的基礎零件具有一定的改善效果與現實意義[2]。

2.2 電化學光整加工工藝的基本原理

電化學光整加工的原理主要是由電解液系統、電極系統、電源系統組成，而這系統主要的應用目的便是通過更精細的操作來改善零件的表面質量。

電極系統。由陽極與陰極構成在光整加工時發生作用。而在陽極（俗稱工件陽極）與陰極（俗稱工具陰極）表面的距離之間有著一定的電解液，這時的電解壓不僅有高度的壓強，更有高速的流動。電源系統。電源系統的運作主要是為機械提供電能，通過能源的維持供應，來保持陽極溶解的金屬活動的持續高效運轉。而在整個體統的運行中，電化學光整加工用來改善表面質量主要是通過工件陽極的相互作用來表現，第一點是通過去除零件的表層垃圾、毛刺、變質層等等來穩定零件的表質層；第二點便是在穩定零件表面的同時，對零件加工的精度進行提高。因此，電化學光整加工的整平功能可以通過陽極表面的微觀技術來提高機械零件的基礎表面質量。同時也具有更高的現實意義，對長遠的發展研究提供戰略影響[3]。

2.3 電化學光整加工工藝實施方案

螺旋錐齒輪在電化學光整加工工藝實施方案中，具體有如下的操作措施。

首先螺旋錐齒輪的齒面結構具有一定的幾何特點，這種特點對于加工質量的現狀有著不利的影響。所以首先需要對螺旋錐齒輪的齒面進行電化學的篩選，在篩選過后再對需要運用光整加工工藝方法的零件進行技術與難點的突破。之后需要制定工具陰極的相應的幾何結構設計方案、幾何運動方案、幾何設計方案與加工設備的應用綜合，這都需要螺旋錐齒輪與機械相應的配合。因此，首先需要確定問題的解決方法，而解決的基本思路是：對于現場的螺旋錐齒輪銑齒機結合機械式螺旋錐齒輪幾何結構特點進行工作，在這兩點的結合下，可以首先獲得質量相對較高的整平效果，而在這種整平效果之后再對零件進行相應的精度加工與強度加工。在這時便要求提供一個良好的流場環境與適應的溫度場。在這種環境下電化學中的陽極才能夠溶解出更多的產物，從而排出不需要的條件。在這種模式的運行下，可以最大程度地簡化陰極工具在對幾何結構檢測時的過程。

在對螺旋錐齒輪的電化學光整加工過程中，將會面臨諸多的問題與難點，但是只要掌握一定的技術規則與工藝方法，對于螺旋錐齒輪的光整加工便會相對順利。同時也只有面對更為復雜的電化學光整加工問題，才能使得工藝方法逐步的改進，選擇適合零件加工的具體措施，不斷地完善對電化學光整加工整平機理整合的認知[4]。

3 結語

電化學光整加工無論實在工藝還是技術上，都已經憑借其高效的技術和獨特的應用性而被矚目。而在光整加工的技術運用中，無論是整平過程，還是規律研究，都已經展現出了其對于零件加工的精細化與柔性化，這些都表明電化學光整加工的獨特的潛力。隨著研究的精度不斷加深，對于光整加工會有更高的要求。精密與超精密加工能否通過該項技術得以廣泛的應用。機械制造能不能通過對電化學的應用對過程控制自動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技術在螺旋錐齒輪的發展。

參考文獻

[1] 北京齒輪廠.螺旋錐齒輪[M].北京：科學出版社，1974.

[2] 譯文集.格利森錐齒輪技術資料（第三分冊）[M].機械工業出版社，1982.

[3] 譯文集.格利森錐齒輪技術資料（第五分冊）[M].機械工業出版杜，1984.

[4] 楊世春，汪鳴錚，張銀喜.襲面質量與光整技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[5]曾韜.螺旋錐齒輪設計與加工[M].哈爾濱工業大學出版社，1989.