超声加工在齿轮抗疲劳制造中的研究综述

【作者】 别文博； 赵波； 王晓博； 陈凡；

【机构】 河南理工大学； 平顶山学院；

【摘要】 齿轮作为传递运动和动力的传动系统核心关键零件,从某种意义上讲是一个国家综合实力的局部展示。随着高速运载、航空航天、新能源等高端装备的高速发展对传动齿轮的需求越来越大,对其服役性能和疲劳寿命提出了很高甚至是苛刻的要求。我国生产的齿轮多数还停留在满足图纸尺寸形状要求的成形制造水平,其使用寿命、承载能力和质量的稳定性仍然无法满足高端产品的要求。齿轮的抗疲劳制造技术是通过一个复杂的制造过程和工艺方法,实现外部能量作用下的制造对象微观组织的遗传与演变,通过对界面能量精准调控,实现制造形状精度与表面完整性创成,获得预期的微观组织结构,达到形、性协同的高性能制造目标。国内外在齿轮超声加工方面,对超声滚、研、珩、插、剃齿方面均进行了大量的研究,主要集中在单向超声振动的全谐振工装设计、切削力、表面粗糙度、加工效率、齿面精度和材料去除机理等方面,鉴于齿轮零部件尺寸变化范围大难以谐振特点和空间局限,在齿轮超声磨削和滚压研究方面,研究相对较少。即使是针对其他零件的超声滚压和挤压,尽管有大量的研究,但对该加工方法下被加工表面的应力状态、组织状态、表面微结构与疲劳性能之间的关系,特别是将多维超声与磨齿和齿面滚压加工复合,对复杂声学系统的稳定性和表面残余应力、表面微结构及抗疲劳特性之间的特定规律和主动控制等研究相对较少。为深入揭示超声加工在齿轮抗疲劳制造中的应用,对国内外超声加工用于齿轮抗疲劳制造的综合分析,基于改变被加工表面的应力状态,减少表面裂纹产生,残余应力和表层组织可控的齿面加工机理,采取可行的表面改性技术,将超声磨削和超声滚压引入齿轮抗疲劳制造。超声加工的引入能够明显改善齿轮的表面完整性和实现多工艺的复合,不仅可以为齿轮加工提供一种新的精密高效加工方法,而且对我国高铁、新能源汽车、精密机床等领域的高性能齿轮制造理论与工艺技术的进步具有重要意义。更多还原