面向微型齿轮的超声辅助回转式光整装置设计及试验研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanleilei
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微型齿轮已在微电系统、微型发动机以及微型泵等各种设备中得到广泛应用。细齿微型齿轮通常用于运动承受高达50000r/min的运动传递,低运行噪音、高运动传递精度、低磨损率、高疲劳寿命是其重要特征。这些特征表明齿轮应当具有较高的功能特性和较长的使用寿命,为满足这些要求,微型齿轮必须具备较高的几何精度、表面光洁度和良好的表面完整性。目前,在微型齿轮的生产中主要依赖于改进制造技术提高产品质量,但其成本较高。针对微型齿轮表面质量提高的问题,并实现该加工的自动化、绿色化、高效率、高质量,本文在传统回转式光整加工的基础上,引入超声场,提出了超声辅助滚磨光整加工微型齿轮的新技术。论文开展的主要研究工作如下:(1)自主设计完成超声辅助光整加工设备。在分析传统回转式滚磨光整加工及超声加工原理的基础上,进行了超声辅助光整加工装置的设计。主要提出了一种可以在回转式光整加工的滚筒内部加入40k Hz的超声场的方法,实现了超声与回转式光整加工的结合,为光整加工中引入超声辅助提供现实参考。(2)开展了超声场的数值模拟。基于超声场形成机理,采用COMSOL Multiphysics软件对超声场进行仿真,通过对比不同水域体积分数和不同功率下的声场声压强弱来确定滚筒各区域加工效果,并采用铝箔纸对超声场进行测试,证明超声场的有效性,为超声辅助光整加工正交实验提供理论指导。(3)对回转速度进行加工机理分析。通过EDEM仿真分析回转转速对加工介质速度流场与能量流场的影响,研究工件的运动状态及受力情况,为回转式光整加工转速范围的选择提供一定的参照依据,以期能实现超声与回转式光整加工作用的进一步协同增效。(4)在进行COMSOL Multiphysics超声仿真和EDEM仿真的基础上,探究性试验证明超声在回转式光整加工过程中起到了积极的作用,并在此基础上设计正交试验,对磨块形状、滚筒转速、超声功率和加工时间四个参数进行研究,分析各因素对工件表面加工质量的影响,并获得最优工艺参数:采用(37)3球形磨块,滚筒转速为125r/min,超声功率为120W,加工时间为70min,在此工艺参数下加工的齿轮表面粗糙度为Ra0.110μm。试验结果表明,在传统光整加工方式中加入超声辅助可以获得更高的表面质量。
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