展成式螺旋锥齿轮脉冲电化学光整工艺基础研究

针对螺旋锥齿轮使用性能不断提高以及螺旋锥齿轮终加工工艺方法有待完善，尤其是国内量大面广的汽车驱动桥螺旋锥齿轮终加工工艺方法有待急需改进的现状，结合电化学光整加工和国内螺旋锥齿轮加工设备90%以上为机械式铣齿机的特点，提出了面向机械式螺旋锥齿轮铣齿机的展成式螺旋锥齿轮脉冲电化学光整加工的工艺方法；旨在通过对该工艺方法实施所涉及到的极间稳定均匀电解液流场、电流场的获取以及改善电化学阳极杂散溶解措施以及在展成条件下齿面二维修型等关键技术问题的理论分析、基础及工艺实验研究，不仅使展成式螺旋锥齿轮的脉冲电化学光整加工成为现实，大幅度提高其加工质量，而且还使其具有良好的表面微观几何轮廓；同时还深化对展成式脉冲电化学光整加工整平机理及其工艺应用规律、特点的认识，并为展成式脉冲电化学光整加工阴极工具的设计提供一种思路及有效的方法。

本项目研究了展成式螺旋锥齿轮脉冲电化学光整加工工艺所涉及到的关键问题。在极间电流场的研究中，分析了电化学光整加工前后工件阳极表面微观几何形貌的特征，提出了同轴非共顶的圆锥体和质点—半球体几何模型，利用分离变量法和镜像法求解了拉普拉斯方程，研究了电化学光整加工前后极间电流场沿工件阳极表面微观几何轮廓的分布规律。研究结果表明，尖峰状的表面微观几何轮廓有利于提高电化学光整加工的整平效果。在极间电解液流场的研究中，分析了工件阳极与工具阴极表面的几何特征，不仅指出零件表面的几何特征可用傅里叶级数表征，而且还指出极间电解液流场可视为介尺度条件下的二维流场，并具有波动性。借助相似原理，实验研究了表面微观几何轮廓呈尖峰状和圆弧状的极间流场特点，研究结果表明极间流场的流态是涡流态。在脉冲电流的影响研究中，指出脉冲电流不仅可强化电解液的非线性性，而且还可改变钝化膜的成分。在螺旋锥齿轮的脉冲电化学光整加工工艺的研究中，指出合理的构形分析，不仅可简化工具阴极的结构设计，而且还可将工具阴极寄生在零件成形运动的刀具上。螺旋锥齿轮的脉冲电化学光整加工的工艺实验结果表明基于机械式螺旋锥齿轮铣齿机的螺旋锥齿轮脉冲电化学光整加工工艺是可行的，不仅可大幅度提高螺旋锥齿轮的表面质量，而且还可进一步提高螺旋锥齿轮的加工精度。在课题研究的条件下，在铣齿机的一个精加工铣削周期内，螺旋锥齿轮齿面的表面粗糙度不仅达到Ra0.1μm的水平，而且还使其加工精度也达DIN7级。