齿轮的机械抛光与CAVF抛光

选择最佳齿轮精加工方法通常取决于生产量、加工周期和齿轮轮廓。

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一个最近的材料问题文章比较了普通去毛刺和CAVF(化学加速振动抛光)。这两种技术都是在振动装置中进行的。CAVF加工的主要优点是能够使用HDNA(高密度非研磨介质)生成各向同性超精加工,即具有非定向纹理且粗糙度值为的表面≤ 4µin(0.1µm)。在齿轮传动领域,许多需要各向同性超精加工的应用与车辆或航空航天相关。在此类应用中,主要的基础齿轮合金为SAE 8620、SAE 9310、Pyrowear®53(AMS 6308),对于许多新应用,主要的基础齿轮合金为Ferrium®C64(AMS 6509)。零件通常按照HRC 58-65进行热处理,并进行后热处理研磨,以消除淬火变形和/或应用齿冠。这对于AGMA等级编号较高的齿轮尤其如此。

CAVF化学制品可用于支持典型碳钢(如上所述)、轴承钢、300/400系列不锈钢合金、沉淀硬化不锈钢合金(如17-4PH和18-8PH)、钛合金、镍铬高温合金以及铜/铜合金的各向同性超精加工。机械膏状抛光还能够细化这些材料的表面,可被视为CAVF的替代品,用于改善硬齿面应用的表面光洁度。本文将快速概述这两个过程。

CAVF处理的快速回顾

在CAVF中,HDNA介质填充振动单元。高密度的非磨料介质通常是百分百的氧化铝组成,但在这样的高温下煅烧,氧化铝是玻璃化的,失去了所有的机械切割特性。CAVF化学物质与齿侧发生反应并在齿侧形成一层软转换涂层的单分子层。在CAVF细化过程中使用HDNA培养基作为擦拭工具。介质密度,通常为125磅/英尺3.,当零件在质量中滚动时产生卓越的向下力,并有效地擦掉软转化涂层。在微观尺度上,当零件继续在振动装置中移动时,涂层重新形成并再次被擦掉。每次涂层形成和擦拭循环都会降低轮齿磨削粗糙度的高度。作为时间的函数,根据齿轮的起始Ra值,凹凸体被轻轻地平面化,从而提高表面质量。

HDNA培养基经高温窑玻璃化后,磨损率为0.008%,可以忽略不计。对于20键合的研磨陶瓷介质,典型的磨耗率为0.35%。两者之间的损耗率相差大约44比1。从另一个角度来看,HDNA培养基必须运行44小时才能达到与20键培养基在1小时运行时间内产生的相同数量的磨损和培养基碎片。没有机械磨料切削特性,当使用HDNA介质时,超半径临界尺寸的倾向较低。此外,转换涂层减少了影响表面材料去除所需的机械力,进一步维护了现有齿轮齿廓,避免了齿轮齿顶和齿根之间的材料去除率差异。最后,HDNA能在更长的时间内保持介质的大小和形状,从而延长介质的功能寿命,直到介质因磨损而收缩,成为一个令人担忧的问题。

即使金属去除率仅为0.00001 " /小时,边缘位置和齿轮侧翼的附加部分在振动单元中优先接触,导致齿轮轮廓偏置。相反,很少或没有材料的去除可能发生在齿根上。如果正确应用CAVF处理周期,就不会受到这个问题的影响。

机械抛光粘贴

机械抛光膏被视为CAVF技术的替代方案。然而,用于淬硬碳钢的技术可能不是首选。机械膏体抛光也在振动单元中进行,可以使用HDNA介质,陶瓷介质,或其他介质组成。然而,不是使用CAVF化学形成一个软转换涂层,机械浆料添加到机器。

在用清水冲洗和排水振动装置后,齿轮和介质质量被水浸湿。膏体以干粉的形式添加到机器中(作为凝胶输送也是一种选择)。粉末的添加量取决于齿轮的起始Ra值和所需的最终Ra值。附加费率在0.5磅-1.0磅/英尺3.是典型的。该粉末是胶凝剂和细粒度磨料的混合物;1200沙砾是典型的起动条件。胶粘剂与水反应,在零件和介质上形成一层粘稠的涂层。粘性涂层将齿轮表面的精细磨料固定在齿轮齿上。当零件在介质中滚动时,介质将磨料有力地压在齿轮齿上。这种磨料磨擦会冲刷牙齿侧面以改善表面质量,但细化速度很慢,而且只在能够获得足够力量的区域进行。

随着时间的推移,磨料会分解成2000粒,最终变成4000粒,然后变成8000粒,等等。由于磨料非常细,每小时的金属去除深度很小。在CAVF应用中,金属精炼通常在接触良好的位置以每小时0.0001英寸的速度进行(尽管如果需要,此速度可以提高)。

采用机械研磨膏抛光,在接触良好的位置,金属精细化率降低到每小时0.00001 "。因此,机械膏体抛光并不适合大批量生产场景,例如在汽车变速器行业。在每天需要大量零件和/或需要单班循环时间的地方,CAVF加工更受青睐。对于超短的周期时间,REM的Rapid ISF®Process将CAVF加工原理与机械加速大规模精加工设备(如拖拉精加工机)相结合,在几分钟内对匹配的重叠螺旋锥齿轮组生成各向同性超精加工。

一次典型的机械抛光过程需要多次轮班。处理运行可能在午餐后不久开始,并持续到晚上,第二天早上人员返回大楼时结束。此时,肥皂清洁步骤会冲洗齿轮上的残留膏,并生成具有所需表面质量的最终清洁零件。但是,最终的处理周期为20小时。

由于长加工时间和仅研磨加工对尖锐边缘位置(如齿轮面和齿侧面之间的界面)有负面影响,这些位置很可能变得过于半径化。即使金属去除率仅为0.00001 " /小时,边缘位置和齿轮侧翼的附加部分在振动单元中优先接触,导致齿轮轮廓偏置。相反,很少或没有材料的去除可能发生在齿齿根。如果正确应用CAVF处理周期,就不会受到这个问题的影响。

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获康涅狄格大学学士学位,获长岛大学环境科学硕士学位。自1989年以来,他一直在REM表面工程公司工作,目前担任销售工程师和REM产品经理。自1978年以来,Nebiolo一直是美国国家表面处理协会(NASF)的积极成员,他作为NASF国家代表代表代表康涅狄格州分会,并于2010年、2014年和2015年获得NASF国家荣誉奖。从1996年到2000年,他担任SME的大规模整理技术培训计划讲师之一。他出版并发表了数十篇技术论文,是《中小企业大规模整理培训手册》的作者。内比奥洛的联系电话是bnebiolo@remchem.com