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齿轮的脉冲电化学光整加工技术基础研究

李洪友  
【摘要】: 齿轮的表面质量与其使用性能及寿命有着密切关系。研究表明:提高齿轮的表面质量,可以大幅度地提高齿轮的使用性能和寿命,降低啮合噪音。光整加工可以改善齿轮的表面质量,进而提高齿轮的使用性能和寿命。现代齿轮工业的发展,硬齿面齿轮和高精度齿轮使用越来越普遍。但因加工成本及效率的制约,目前我国的硬齿面齿轮的光整加工技术应用较少,结果造成齿轮零件的表面质量达不到要求,降低了使用性能和寿命。因此,提高光整加工效率,降低光整加工成本,开发和应用更加优良的齿轮光整加工工艺具有重要的现实意义。 脉冲电化学光整加工技术是一种新型的光整加工技术,具有加工效率高、成本低、表面质量好等优点,应用到重要零部件光整加工中意义重大。本文根据齿轮光整加工的国内外现状,结合大连理工大学多年来在非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齿面的光整加工中,来改善齿轮表面质量,提高其使用性能及寿命指标。 本文从脉冲电化学光整加工机理出发,研究和探讨了加工间隙、电流密度、电解液成份、脉冲参数(脉冲频率、脉冲宽度及占空比等)等工艺参数对脉冲电化学光整加工过程所产生的影响,得到了相关参数对零件加工精度及表面质量的影响规律。 研究齿轮的脉冲电化学光整加工技术。结合脉冲电化学光整加工工艺特性及齿轮生产中的特点,设计了多种齿轮脉冲电化学光整加工方案,并选择齿轮式阴极展成法作为最终试验方案;建立了齿轮式阴极展成法齿轮脉冲电化学光整加工间隙变化规律模型,实验研究了齿轮脉冲电化学光整加工过程。试验结果表明:齿轮的脉冲电化学光整加工可以大幅度降低齿面粗糙度:在2min.的时间内,对模数为3,齿数为33的直齿齿轮,齿面粗糙度可从Ra1.6μm降至Ra0.08μm;同时,齿轮的精度有所提高,一般可在原有的精度下提高1~2级。 研究和应用脉冲电化学齿轮光整加工技术,必须有高频、窄脉冲、大功率脉冲电源作为保证条件。迄今为止,国内外还没有符合应用条件的电源产品,为此需要自行开发。本文根据现代电力电子技术发展状况,研制出了一种基于新型高频开关器件(IGBT)的高频大功率脉冲电源,电源的频率最高可达20KHz,电源的频率与占空比分别独立可调,具有数字控制与调节功能,电源的结构简单、性能稳定可靠,符合研究脉冲电化学齿轮光整加工技术应用条件。 研究齿轮脉冲电化学光整加工过程中电极间相对滑动速度的变化规律。在此基础上,提出了变角速度控制齿轮脉冲电化学光整加工技术方案,设计了基于单片机控制的齿轮脉冲电化学光整加工系统,为进一步提高齿轮加工精度及解决有关修形问题创造了条件。 本文的研究能够使人们深刻的认识到零件的表面质量和使用性能之间的密切关系;进一步认识到非传统光整加工技术的特点及优势,推动非传统光整加工工艺的研究及应用。进一步深入研究和完善脉冲电化学齿轮光整加工及其相关技术,掌握其规律并最终应用到生产实际中去,必将对我国齿轮的生产产生重大影响,提高我国齿轮加工的水平,带动相关行业的发展,产生重大的社会效益和经济效益。


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