一种高硬度弧齿锥齿轮电解加工阴极装置设计研究

高妮萍

(陕西国防工业职业技术学院智能制造学院，陕西 西安 710300)

基金项目：陕西国防工业职业技术学院自然科学重点课题(Gfy21-09)

作者简介：高妮萍（1989—），女，讲师，硕士，主要研究方向为机械制造与自动化，894254553@qq.com.

摘要：针对高硬度材料的弧齿锥齿轮加工，提出适用于电解加工阴极刀具结构的设计方法，以改善高硬度弧齿锥齿轮传统双面铣削加工存在的齿形面精度低、啮合质量差、刀具磨损严重、加工效率低等问题。利用采样点偏置法对弧齿齿面进行建模并描述其特征，根据平衡间隙理论，设计弧齿锥齿轮阴极刀具形状，合理布局型腔主流道及分流道结构。对加工淬火后的20CrMnTi齿轮制件进行实验验证，由测量结果可知零件精度及表面质量较高，实现了高硬度弧齿锥齿轮的加工要求。

关键词：弧齿锥齿轮；高硬度；电解加工；阴极装置

中图分类号：TQ151       文献标识码：A       文章编号：2095-509X(2021)06-0035-03

近年来，机械零件加工向智能化、高效化方向发展，随着加工材料的多样化，对加工零件的技术要求也越来越高。高硬度弧齿锥齿轮因具有传动平稳、表面硬度高、耐磨性好、传动噪声低等优点，在飞机、汽车、冶金、钻井等工程机械传动中应用广泛。随着材料的不断升级，许多精密设备对齿轮的要求越来越高。高硬度齿轮因其具有良好的耐磨性和抗氧化性、使用寿命长等优势得到了众多企业的青睐。目前弧齿锥齿轮加工主要是依靠传统的展成法进行，加工精度较低，周期较长，成本高，并且弧齿锥齿轮齿面为复杂曲面，加工精度很难保证^［1］。现有的齿轮加工刀具结构复杂，易磨损，严重影响齿轮加工精度，对于高硬度齿轮就更难保证加工精度。电解加工适用于高硬度材料复杂曲面的零件加工，其通过合理设计弧齿锥齿轮阴极结构，平衡阳极和阴极间隙，在加工中利用工具阴极凸起型面不断向工件阳极靠近，将工件上多余材料溶解并通过电解液带走，从而形成与阴极结构相同的形状^［2］。目前，大多数电解加工阴极结构主要针对简单的光滑平面，对于空间复杂型面的研究较少。也有很多学者通过电解加工方法对难加工材料进行实验，虽实现了正常的零件加工，但其在尺寸精度及零件表面质量的控制方面还存在问题。通过对刀具阴极结构的合理设计，使齿轮零件在电解加工中获得更高的精度和质量，是有待进一步研究的难题。

1 弧齿锥齿轮模型建立

由于弧齿锥齿轮齿形面是一种复杂空间曲面，因此采用空间点齿面设计方法建立弧齿锥齿轮模型^［3］。绘制齿型面曲线，以弧齿锥齿轮端面与基准轴线的交点为中心，建立坐标系OgXgYgZg。本文选用格里森（Gleason）制弧齿锥齿轮，为防止两齿轮啮合传动配合间隙不足，发生热膨胀顶死现象，进而导致齿轮传动失效，引入了合理的齿顶高系数和顶隙系数，见表1。