一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法及裝置，其中方法是：采用一種上下異形結(jié)構(gòu)的工具陰極，其中工具陰極的小端端面為圓形，與工件預(yù)孔之間的間隙即為初始加工間隙，可保證流場(chǎng)穩(wěn)定；工具陰極的大端為陰極齒；工具陰極的小端到大端之間的部分由圓形平穩(wěn)過(guò)渡至陰極齒形；采用正向流動(dòng)加背壓的電解液流動(dòng)方式，電解液自陰極系統(tǒng)的中空通道流入，進(jìn)而充滿裝有工件的有機(jī)玻璃腔體，再?gòu)墓ぞ哧帢O和工件之間的間隙流出。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)所設(shè)計(jì)工具陰極為上下異形結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)三維進(jìn)給,且工件毛坯設(shè)有預(yù)孔,可以使電解加工中工具陰極的進(jìn)給速度相對(duì)于端面進(jìn)給速度提高5～10倍，且加工過(guò)程穩(wěn)定,有利于提高加工效率和成形精度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法及裝置，屬于電解加工

技術(shù)介紹
內(nèi)齒輪是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中重要的聯(lián)接構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、運(yùn)輸、航空航天、化工、冶金等工程領(lǐng)域，例如汽車(chē)變速箱、行星齒輪系、機(jī)床傳動(dòng)裝置、機(jī)械增壓器等。內(nèi)齒輪的加工精度、質(zhì)量、效率也直接影響到機(jī)器的工作性能、使用壽命和制造成本。傳統(tǒng)工藝中，內(nèi)齒輪的加工通常安排在熱處理之后，作為最終加工，而熱處理后的工件硬度較高，強(qiáng)度較大。若采用拉削工藝加工，刀具磨損很快，通常一把價(jià)值數(shù)萬(wàn)元的拉刀的使用壽命僅有幾十次；若采用數(shù)控銑削工藝加工，不僅加工成本較高，而且加工得到的·工件表面會(huì)有難以去除的飛邊、毛刺。本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)的加工對(duì)象是難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪，其毛坯材料多為高溫合金、不銹鋼、鈦合金、硬質(zhì)合金等，若采用傳統(tǒng)的切削加工工藝，加工過(guò)程中切削力大、切削溫度高、加工硬化嚴(yán)重，進(jìn)而刀具磨損嚴(yán)重；產(chǎn)生的切屑不易控制，容易出現(xiàn)“粘刀”現(xiàn)象或形成積屑瘤，使工件表面光潔度下降；材料線膨脹系數(shù)較大，工件易變形，尺寸精度也難以保證。并且，小模數(shù)的內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)屬于內(nèi)型面難加工結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)加工工藝也難以勝任其加工。電解加工是基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理，借助于工具陰極，將工件按一定形狀和尺寸加工成形的一種工藝方法，適用于難切削金屬材料、復(fù)雜形狀零件的加工。相對(duì)于其他方法，電解加工工藝在加工內(nèi)齒輪方面有以下優(yōu)點(diǎn)1.工具陰極無(wú)損耗；2.生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小；3.加工表面質(zhì)量高、無(wú)應(yīng)力、無(wú)熱影響區(qū)；4.不受材料力學(xué)、機(jī)械性能限制；5.工具陰極的制造工藝簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)、費(fèi)用低，數(shù)百元的工具陰極代替一組數(shù)萬(wàn)元的拉刀，經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。但電解加工本身也存在著一些缺點(diǎn)，如穩(wěn)定流場(chǎng)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；成形過(guò)程中工具陰極和工件之間電場(chǎng)的變化規(guī)律較為復(fù)雜；陰極設(shè)計(jì)雖然較為困難，設(shè)計(jì)周期偏長(zhǎng)，但一旦試制成功，在正常條件下，陰極可永久使用。因此，將電解加工技術(shù)應(yīng)用于難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的加工，具有重要的工程意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
I、專(zhuān)利技術(shù)目的本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法及裝置，實(shí)現(xiàn)難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的精密、高效、低成本電解加工。2、技術(shù)方案 一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法，其特征在于 (a)采用一種上下異形結(jié)構(gòu)的工具陰極，對(duì)已有預(yù)孔的工件進(jìn)行軸向快速送進(jìn)加工，工件齒形依靠工具陰極側(cè)面基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理加工成形；其中工具陰極的小端端面為圓形，與工件預(yù)孔之間的間隙即為初始加工間隙，可保證流場(chǎng)穩(wěn)定；工具陰極的大端為陰極齒，用以保證工件內(nèi)齒輪的最終齒形；工具陰極的小端到大端之間的部分由圓形平穩(wěn)過(guò)渡至陰極齒形； (b)采用正向流動(dòng)加背壓的電解液流動(dòng)方式，電解液自陰極系統(tǒng)的中空通道流入，進(jìn)而充滿裝有工件的有機(jī)玻璃腔體，再?gòu)墓ぞ哧帢O和工件之間的間隙流出。所述工具陰極大端陰極齒齒高h(yuǎn)與工具陰極的整體厚度H的尺寸關(guān)系為H=5 8h ； 所述的工具陰極小端和大端陰極齒齒頂連線與其軸線的夾角α為5° 30° ; 所述的工具陰極大端陰極齒齒形與工件內(nèi)齒輪齒形的間隙δ=μ △，初始間隙Δ =0. I O. 3mm ; 其中μ為間隙修正正系數(shù)， 當(dāng)計(jì)算陰極大端的齒頂間隙時(shí)，間隙修正系數(shù)μ =0.9 I. O ; 當(dāng)計(jì)算陰極大端的齒根間隙時(shí)，間隙修正系數(shù)μ =1. I I. 2 ;當(dāng)計(jì)算陰極大端的側(cè)面間隙時(shí)，陰極齒形自上而下的間隙修正系數(shù)μ從O. 8到I. 5之間連續(xù)遞增。工件預(yù)孔到工件內(nèi)齒輪齒頂圓的單邊余量為ζ (2ha*+c*)m，其中，ζ為修正系數(shù)，取值O. 15 O. 22 ;ha*為工件內(nèi)齒輪的齒頂高系數(shù)，c*為其頂隙系數(shù),m為其模數(shù)。所述的背壓有兩種調(diào)節(jié)方式 Ca)調(diào)節(jié)有機(jī)玻璃腔體上所接節(jié)流閥的閥口開(kāi)度，屬于精調(diào)； (b )通過(guò)調(diào)節(jié)密封裝置的密封程度以調(diào)節(jié)背壓，屬于粗調(diào)。本專(zhuān)利技術(shù)的電解加工裝置，包括脈沖電源、電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、加工機(jī)床控制系統(tǒng)、陰極系統(tǒng)、工件、工件夾具、密封部分、工作箱、工作臺(tái)，其特征在于 所述陰極系統(tǒng)包括工具陰極、陰極連桿、陰極接頭，工具陰極安裝在陰極接頭的一端，陰極接頭的另一端與陰極連桿以螺紋相連，三者具有相連通的電解液通道；電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)的進(jìn)液管與陰極連桿相連； 所述工件夾具包括端蓋、有機(jī)玻璃腔體、導(dǎo)電壓塊，其中，工件置于有機(jī)玻璃腔體內(nèi)，由有機(jī)玻璃腔體內(nèi)壁對(duì)工件進(jìn)行徑向定位，有機(jī)玻璃腔體安裝在基座上，基座固定于機(jī)床工作臺(tái)；端蓋和導(dǎo)電壓塊從軸向兩側(cè)壓緊工件，實(shí)現(xiàn)工件的軸向定位與夾緊； 所述密封部分包括鎖緊塊、橡膠密封圈、內(nèi)六角螺釘、端蓋，鎖緊塊和含橡膠密封圈由內(nèi)六角螺釘連接到端蓋外端面上，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘旋合的松緊程度調(diào)節(jié)加工背壓； 脈沖電源正極與導(dǎo)電壓塊相連，使與其接觸的工件帶正電，負(fù)極與陰極連桿相連，使安裝在其上的工具陰極帶負(fù)電，在電流回路中連接有測(cè)量電解加工電壓及電流的電壓表和電 流表。在工具陰極底面、陰極連桿前部及其連接部分涂上絕緣層。上述加工裝置，采用一種上下異形結(jié)構(gòu)的工具陰極，對(duì)已有預(yù)孔的工件進(jìn)行軸向快速送進(jìn)加工，送進(jìn)速度一般為端面進(jìn)給速度的5 10倍；工件齒形依靠工具陰極側(cè)面基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理加工成形。加工過(guò)程中采用正向流動(dòng)加背壓的電解液流動(dòng)方式，電解液自陰極系統(tǒng)的中空通道流入，進(jìn)而充滿裝有工件的有機(jī)玻璃腔體，再?gòu)墓ぞ哧帢O和工件之間的間隙以高速(6 30m/s)流出以保證帶走工件陽(yáng)極的溶解產(chǎn)物和電解電流通過(guò)電解液時(shí)所產(chǎn)生的熱量，并去極化。加工裝置中，上下異形結(jié)構(gòu)的工具陰極，其設(shè)計(jì)滿足以下要求①其小端端面為圓形，與工件預(yù)孔之間的間隙即為初始加工間隙，可保證流場(chǎng)穩(wěn)定；其大端為陰極齒，用以保證工件內(nèi)齒輪的最終齒形；其小端到大端之間的部分平穩(wěn)過(guò)渡；②工具陰極大端陰極齒齒高h(yuǎn)與工具陰極的整體厚度H的尺寸關(guān)系滿足設(shè)計(jì)要求H=5 8h ;③工具陰極小端和大端陰極齒齒頂連線與其軸線的夾角α為5。 30° 初次設(shè)計(jì)的工具陰極大端陰極齒齒形是依據(jù)等間隙原則近似得到，即由目標(biāo)工件內(nèi)齒輪齒形(即加工想要獲得的理想齒形)等間隙縮放得到，該縮放間隙Λ=0. I O. 3mm。由初次設(shè)計(jì)的工具陰極對(duì)工件進(jìn)行試加工，將加工得到的工件內(nèi)齒輪的齒形與目標(biāo)內(nèi)齒輪齒形進(jìn)行比較，檢測(cè)得到它們?cè)邶X頂、齒側(cè)、齒根處的差值，將該差值代入修正模型計(jì)算間隙補(bǔ)償值，根據(jù)間隙補(bǔ)償值對(duì)原工具陰極大端齒形進(jìn)行修正，重新生成工具陰極大端齒形。用修正后得到工具陰極再進(jìn)行試加工，檢測(cè)差值，進(jìn)一步修正，也就是通過(guò)多次迭代的方法獲得最佳的工具陰極大端陰極齒形。檢測(cè)該陰極齒形與目標(biāo)工件內(nèi)齒輪齒形在每點(diǎn)法線處的間隙值I并與初始縮放間隙Λ進(jìn)行比較，可以得到間隙修正系數(shù)μ，δ=μ Λ。具體修正結(jié)果如下(如圖4)計(jì)算陰極齒形齒頂?shù)拈g隙 Δ, μ,取值O. 9 I. O; 計(jì)算陰極齒形齒根的間隙4 = ^ Δ,巧取值I. I I. 2; 計(jì)算陰極齒形齒側(cè)的間隙4 = Δ,托自上而下取值從O. 8到I. 5之間連續(xù)遞增變化。在實(shí)際設(shè)計(jì)陰極時(shí)，依據(jù)修正間隙值由目標(biāo)內(nèi)齒輪齒形映射到相應(yīng)陰極齒形的過(guò)程中，會(huì)遇到映射的交叉區(qū)域，如由齒頂?shù)烬X側(cè)的過(guò)渡部分和齒側(cè)到齒根的過(guò)渡部分。對(duì)于該區(qū)域，其間隙值平滑過(guò)渡。所加工的工件設(shè)有預(yù)孔，預(yù)孔的設(shè)置使工具本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種難切削材料、小模數(shù)內(nèi)齒輪的電解加工方法，其特征在于：（a）采用一種上下異形結(jié)構(gòu)的工具陰極（4），對(duì)已有預(yù)孔的工件（5）進(jìn)行軸向快速送進(jìn)加工，工件齒形依靠工具陰極側(cè)面基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理加工成形；其中工具陰極的小端端面為圓形，與工件預(yù)孔之間的間隙即為初始加工間隙，可保證流場(chǎng)穩(wěn)定；工具陰極的大端為陰極齒，用以保證工件內(nèi)齒輪的最終齒形；工具陰極的小端到大端之間的部分由圓形平穩(wěn)過(guò)渡至陰極齒形；（b）采用正向流動(dòng)加背壓的電解液流動(dòng)方式，電解液自陰極系統(tǒng)的中空通道流入，進(jìn)而充滿裝有工件（5）的有機(jī)玻璃腔體（1），再?gòu)墓ぞ哧帢O（4）和工件（5）之間的間隙流出。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余旭東，趙建社，劉青海，王超恒，豐莉，王峰，肖雄，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：