螺旋锥齿轮电化学光整加工技术基础研究

祖妍 冯新肖 谭宝龙

摘 要：光整加工是在目前为止较为高效的零件建工方法，其具有一定的先进性，而在技术方式上的非接触式则又可以更高效地对零件进行加工。在电化学的领域中，光整加工所具有的良好的切割性是其他技术方式所不具备的，在追求零件表面美观与高效的加工技术时，只有光整加工才能真正地做到对零件的微观几何形貌也进行光整并具有美观的特殊优势。因此在基础机械件中，电化学光整加工作为优秀的切割工艺，可以大大地改善零件的表面精度，提高零件的品质，而螺旋锥齿轮恰恰需要绝对零件切割工艺的绝对精美性。因此光整加工方法的应用对于提高螺旋锥齿轮的加工质量，是具有高效有利的影响的。

关键词：螺旋锥齿轮 电化学光整加工 脉冲电化学光整加工

中图分类号：TG662 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0038-02

在螺旋锥齿轮齿面的研究中，其的几何结构具有特殊性、因而若是能提高螺旋锥齿轮齿面加工的质量，则是在最大程度上实现高质量生产，为企业带来盈利。而在目前的电化学光整加工的技术研究中，如何大幅度降低螺旋锥齿轮的表面粗糙度值，已经成为行业的难点与重点。同时，又因为螺旋锥齿轮齿主要应用于汽车制造行业，因此，提高螺旋锥齿轮齿面的使用性能也成为重要的研究方向。

1 目前螺旋锥齿轮光整加工技术的相关研究

1.1 国内螺旋锥齿轮加工技术现状

目前在国内，螺旋锥齿轮的研究技术一直不成熟，一方面因为外国对于螺旋锥齿轮技术的封锁，而另一方面，螺旋锥齿轮革新的工艺技术一直不完善，因而变革中会受啮合理论等等原有的技术理论的影响，因而也是不完善的。而在我国国内，对于螺旋锥齿轮的加工方法与工艺改进方法，并没有独立的知识产权制度体系的改进与保护，因而国内对于螺旋锥齿轮的加工技术研究困难重重。在传统的加工方法中，我国比较普遍的技术便是对研齿与磨齿的精度进行不断地打磨与加工，而螺旋锥齿轮磨齿与研齿在加工中所产生的地各类问题，例如：研齿工艺中的齿轮热变形，加工效率较低，加工质量参差不齐等的工业难题，虽然矫正会相对耗费成本，但是我国目前也有相对应的改进方法，例如超声研磨、通过电火花磨复合的方式来不断地矫正工艺质量。虽然我国目前的螺旋锥齿轮加工技术不完善，但是有其相应的配套体系，因而对于螺旋锥齿轮的加工质量也有一定的保证[1]。

1.2 国内螺旋锥齿轮研究技术的缺陷性

在纵向比较国内外现有能查阅到的对螺旋锥齿轮齿进行加工的技术中，有很大一部分的问题暴露出来。例如在对螺旋锥齿齿轮的加工质量要求中，国内外的汽车驱动质量在对螺旋锥齿齿轮的打磨时有着多种严格的标准要求。而其质量差距的产生也不是由单一原因所导致的。例如在对齿轮的加工工艺中，加工效率低主要原因可能是方法落后，但是也与自身对螺旋锥齿齿轮的研究不透彻有关。在未能拥有世界最先进的螺旋锥齿轮齿的前提下，对于齿轮的加工技术与工艺方法而言，核心技术之所以未得到广泛挖掘与应用，也与生产成本过高的现状有关。在我国目前的齿轮加工研究领域中，由于研究成果出厂较慢、工艺效率低下等原因，在对硬齿面的加工技术中，一直存有争议。磨齿和研齿工艺方法是否应该统一，而在生产效率中，二者如何实现生产结构上的并存，这些问题都影响着我国的高端技术发展。与此同时，在我国现有并正在应用的螺旋锥齿轮加工体系中，我国加工工艺装备，包括工艺加工、工艺检测等，主要都是靠成套引进国外技术进行生产的。技术体系的购买成本高，直接拉动了螺旋锥齿轮研究技术的费用。而投资大、见效慢，折旧费又高成为我国螺旋锥形齿轮研究技术的瓶颈。其由于生产成本过高所带来的种种弊端，同时也是一般中小型企业所无法应用该技术的原因。因此，在国内，生产效率低、成本高成为了制约我国汽车发展的重要原因之一。而轮节线与齿根的滑动速度也不均衡，这种差异会导致螺旋锥齿轮的齿面在加工研磨的时候，受力不均，进而影响螺旋锥齿的轮齿面出厂的质量。

2 螺旋锥齿轮电化学光整加工技术基础研究

2.1 电化学光整加工技术的比较与应用

在电化学的领域中，光整加工的研究工艺方法具有一定的独特性。而这种独特性可以通过比较进行表现。电化学光整加工在对螺旋锥齿轮的加工过程中，工艺方法普遍会选择电化学光整加工中的移动式脉冲技术或者机械复合光整加工。而这两种加工技术，都是利用溶解现象。而溶解现象是基于对电化学中电阳极的整合与利用。但是值得一提的是这两种工艺在应用上各具差异，有不同的特性。正是在这种独特性的前提下，螺旋锥齿轮在利用电化学光整加工技术时便出现了以下的难点。首先螺旋锥齿中齿轮的几何结构是各具特点的。而如何分辨出齿轮的不同特点，并根据其齿面的要求，来加工所需要的齿面结构。其次对于应用电化学光整技术所加工出来的零件的质量状况也是技术难点。螺旋锥齿轮的质量参差不齐，这也就造成了很多齿轮的表面质量较差，因此如何对所选择的光整加工工艺能获得最高的整平效果，统一也是技术比较中的重点。而这一系列工作的最终目的在于达到高效高质量的整平效果。

在对电化学阳极溶解的过程中，电流密度可以用来提高整体的去除量，从另一方面来说，电流密度可以用来提高整平的效率。而要达到这种效果，首先应该具备一个前提就是电流密度的提高一定会对整平质量产生良好的影响。但是实验中表明：电化学光整加工所要求的整平质量，与极间电流场是有一定影响的，但是相对于电流线分布以及电流密度而言，电极间的流场与电极温度场都在一定程度上影响了实验的效果。因此，在对于螺旋锥齿轮的电化学光整加工技术的选择来说，移动式脉冲加工若能与机械复合光整加工相结合，理论上来说可以获得较为良好的整平效果。因此对于这两种技术而言，如果可以对其加以探讨，便有助于整平效果的研究而这还将涉及到工具阴极（移动式）、机械单元与脉冲电流的机理分析。其不仅有利于电化学光整加工的深度研究，更有利于完善整平机理机制，这种机理的改善，对表面质量较差的基础零件具有一定的改善效果与现实意义[2]。

2.2 电化学光整加工工艺的基本原理

电化学光整加工的原理主要是由电解液系统、电极系统、电源系统组成，而这系统主要的应用目的便是通过更精细的操作来改善零件的表面质量。

电极系统。由阳极与阴极构成在光整加工时发生作用。而在阳极（俗称工件阳极）与阴极（俗称工具阴极）表面的距离之间有着一定的电解液，这时的电解压不仅有高度的压强，更有高速的流动。电源系统。电源系统的运作主要是为机械提供电能，通过能源的维持供应，来保持阳极溶解的金属活动的持续高效运转。而在整个体统的运行中，电化学光整加工用来改善表面质量主要是通过工件阳极的相互作用来表现，第一点是通过去除零件的表层垃圾、毛刺、变质层等等来稳定零件的表质层；第二点便是在稳定零件表面的同时，对零件加工的精度进行提高。因此，电化学光整加工的整平功能可以通过阳极表面的微观技术来提高机械零件的基础表面质量。同时也具有更高的现实意义，对长远的发展研究提供战略影响[3]。

2.3 电化学光整加工工艺实施方案

螺旋锥齿轮在电化学光整加工工艺实施方案中，具体有如下的操作措施。

首先螺旋锥齿轮的齿面结构具有一定的几何特点，这种特点对于加工质量的现状有着不利的影响。所以首先需要对螺旋锥齿轮的齿面进行电化学的筛选，在筛选过后再对需要运用光整加工工艺方法的零件进行技术与难点的突破。之后需要制定工具阴极的相应的几何结构设计方案、几何运动方案、几何设计方案与加工设备的应用综合，这都需要螺旋锥齿轮与机械相应的配合。因此，首先需要确定问题的解决方法，而解决的基本思路是：对于现场的螺旋锥齿轮铣齿机结合机械式螺旋锥齿轮几何结构特点进行工作，在这两点的结合下，可以首先获得质量相对较高的整平效果，而在这种整平效果之后再对零件进行相应的精度加工与强度加工。在这时便要求提供一个良好的流场环境与适应的温度场。在这种环境下电化学中的阳极才能够溶解出更多的产物，从而排出不需要的条件。在这种模式的运行下，可以最大程度地简化阴极工具在对几何结构检测时的过程。

在对螺旋锥齿轮的电化学光整加工过程中，将会面临诸多的问题与难点，但是只要掌握一定的技术规则与工艺方法，对于螺旋锥齿轮的光整加工便会相对顺利。同时也只有面对更为复杂的电化学光整加工问题，才能使得工艺方法逐步的改进，选择适合零件加工的具体措施，不断地完善对电化学光整加工整平机理整合的认知[4]。

3 结语

电化学光整加工无论实在工艺还是技术上，都已经凭借其高效的技术和独特的应用性而被瞩目。而在光整加工的技术运用中，无论是整平过程，还是规律研究，都已经展现出了其对于零件加工的精细化与柔性化，这些都表明电化学光整加工的独特的潜力。随着研究的精度不断加深，对于光整加工会有更高的要求。精密与超精密加工能否通过该项技术得以广泛的应用。机械制造能不能通过对电化学的应用对过程控制自动化与智能化形成相配套的零件体系。都将不断地影响着电化学技术在螺旋锥齿轮的发展。

参考文献

[1] 北京齿轮厂.螺旋锥齿轮[M].北京：科学出版社，1974.

[2] 译文集.格利森锥齿轮技术资料（第三分册）[M].机械工业出版社，1982.

[3] 译文集.格利森锥齿轮技术资料（第五分册）[M].机械工业出版杜，1984.

[4] 杨世春，汪鸣铮，张银喜.袭面质量与光整技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[5]曾韬.螺旋锥齿轮设计与加工[M].哈尔滨工业大学出版社，1989.