基于硅模具的Zr基非晶合金微零件吸铸制备

基于硅模具提出了一种吸铸成形Zr基非晶合金微零件的方法。采用真空氩弧熔化吸铸炉进行了非晶合金微零件吸铸成形实验,用红外热像仪测量了合金熔液温度,发现合金熔液在1116℃下能够完全复制宽3μm、深3μm的硅方形微槽结构且具有较好的表面形貌。随后分别采用带有多型腔和双层型腔的硅模具进行了吸铸成形实验,成功制备了模数为50μm的非晶合金微齿轮零件,微零件的硬度及弹性模量分别为6.49GPa和94.9GPa。实验结果表明,基于硅模具吸铸成形Zr基非晶合金是一种制备高精度、高表面质量、高性能微零件的有效方法。     

大模数直齿轮热轧成形仿真与实验

采用热轧工艺对大模数直齿轮的成形过程进行了研究。利用Solid Works和Deform-3D软件建立了大模数直齿轮热轧成形的热机耦合有限元模型,通过将工件转速转换为轧辊公转成功实现了齿轮的热轧成形过程。对模数5,齿数61直齿轮成形进行仿真,获得了金属位移流动规律、齿部折叠角、温度场分布及等效应变分布规律;通过设置追踪点,分析了齿形部位的金属流动规律;预测了径向轧制力变化规律,揭示了大模数直齿轮热轧成形机理。最后进行齿轮轧制实验,验证了大模数直齿轮热轧成形的可行性。     

大型齿轮加工方法

图1所示为大型机械的传动齿轮,在重载中速场合下使用,齿轮参数：模数10,齿数82齿、外径840mm、厚度200mm。按常规加工方法,需要专用齿轮加工机床和刀具,常用中型滚齿机床,一般只能加工到模数8、直径不超过800mm的齿轮。     

在刨床上用靠模加工大模数齿轮

大模数齿轮的展成法加工需要相应的大型齿轮加工机床,而一般工厂通常缺乏这类大设备。若采用仿形法(也称成形法)加工齿形也较困难。我们在加工打桩机三个模数m=14,齿数z=86,齿顶圆直径D_顶=1232mm的外齿轮时,采用在牛头刨床上进行靠模仿形加工齿形的方法,解决了缺乏大模数齿轮加工机床的加工问题。     

Zr基非晶合金精密直齿轮超塑性成形试验研究

具有多种优异性能的大块非晶合金是近年来材料领域的重要研究成果之一。由于非晶合金在过冷区域表现出良好的超塑性性能,因而有望通过塑性加工的方法来获得非晶质的复杂结构精细零部件。以直径为5 mm的zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5非晶合金棒材为试验材料,采用自行设计的专用真空炉和精密模锻装置,对带轮毂的精密直齿轮(节圆直径6 mm,齿数24,模数0.25 mm)进行了超塑性成形试验。分析对比了上芯杆直接冲孔成形、下芯杆直接冲孔成形和两阶段冲孔成形三种不同工艺的成形结果。结果表明,在其他工艺参数相同的条件下,两阶段成形工艺比其余两种工艺具有更低的成形压力和较小的内孔偏心度。选用两阶段成形工艺和合理的模具结构,制备出了具有良好尺寸精度和表面粗糙度的精密齿轮。经x射线衍射分析表明,所成形的齿轮没有发生明显晶化现象,从而较好地保持了大块非晶合金材料的各种优异性能。     

用小直径指形铣刀加工特大模数少齿数齿轮

指形铣刀属于仿形刀具,使用指形铣刀在铣齿机、铣床上加工大模数、包括特大模数的齿轮不失为一种经济、实用、有效的办法。通常来说,一定模数的齿轮,齿数越少,齿轮齿形曲线的曲率越大。例如,加工-模数为50mm、齿数为17、分度圆压力角为20°的渐开线直齿圆柱齿轮,齿槽两侧面顶端宽度为141.33mm。指形铣刀的设计通常要留有一定的裕量,其最大直径至少要达145mm。制造这样大的指形铣刀是不容易的,这样大的刀具材料也不容易购置。本文提出用小直径指形铣刀加工特大模数少齿数齿轮的两种方     

准轨迹齿轮倒棱工艺方法的研究

齿轮倒棱是控制齿轮噪声和减小热处理应力集中的一项十分重要的工艺措施.目前的齿轮倒棱工艺方法主要是针对模数小于10mm、直径小于1000mm的中小齿轮,而对于模数大于10mm、直径范围在1000 ～ 5000mm的大型齿轮,还没有成熟的工艺方法.文中基于金属表面成形方法和现有齿轮倒棱工艺研究分析的基础上,提出了适合大型齿轮的准轨迹倒棱工艺方法.     

小模数直齿轮免参数并行快速测量

小模数齿轮在实际制造中,单条产线多台设备通常同时生产多种不同参数的齿轮,迄今无法用单台齿轮测量仪器在生产线上同时实时全检这些不同参数的齿轮。开发了基于Facet的齿轮亚像素边缘定位算法、基于迭代重加权最小二乘的齿轮中心定位法、圆与齿廓交点快速定位法、正弦函数拟合齿数法和齿廓近似测压力角法等;若结合适当的送料与定位机构,本文方法能够在未知参数时,实现多种不同型号齿轮的混合测量,无需装夹,测量效率高。可以实现齿数、模数、压力角、齿顶圆直径、齿根圆直径、全齿高、齿宽、公法线变动量、变位系数、齿廓偏差和形位误差的测量。实验结果表明：该方法测量0.5～1.0 mm模数的直齿轮的重复性精度为4μm。该方法在小模数齿轮柔性化生产线具有重要应用前景。     

基于LIGA技术的3K-2型微行星齿轮减速器的设计和制造

使用同步辐射光和X射线掩模板的LIGA技术能够制造大深宽比的三维微结构。详细讨论了基于该技术的微行星齿轮减速器的设计和制造，包括微行星齿轮减速器的设计、微齿轮X射线掩模板的CAD技术、X射线深层光刻、微齿轮的微电铸和微复制，以及微行昨齿轮减速器的微装配。目前已经得到了金属镍的厚度为400μm的太阳轮、行星轮，厚度为200μm的固定内齿轮、旋转内齿轮，其齿数分别为15、11、36、39。用这些微齿轮装配成了一台模数为0.03mm、减速比为44.2、最大外径为2mm的微行星齿轮减速器，并将其成功地应用在直径为2mm的北型微马达上。     

立铣加工大模数齿轮

我厂在配制分度圆为286mm、模数26、齿数11的矿山挖掘机齿轮时,因无专用设备,所以自制了专用工具(图1),采用手动分齿,成形铣齿法来加工大模数齿轮,使用设备是X518铣床。     

On surface integrity of miniature spur gears manufactured by wire electrical discharge machining

This paper reports about investigations on some important aspects of surface integrity of the miniature spur gears manufactured by wire electrical discharge machining (WEDM) process. The investigations included study of variation of form errors (deviations in profile and lead) and surface roughness with discharge energy parameters, i.e., voltage and/or pulse-on time for the miniature gears. The effect of WEDM process on flank surface topography, bearing length parameters, microstructure, and microhardness for the best quality miniature gear were also studied. The manufactured miniature gears were of external spur type having 9.8 mm as outside diameter, 4.9-mm thickness, 0.7 mm as module, 12 teeth, and were made of brass. It was found that combination of low discharge energy parameters resulted in better form accuracy, surface finish, and microstructure ensuring enhanced service life and better functional characteristics of the WEDMed miniature gears. The best quality miniature gear had form errors (i.e., lead and profile deviations) as low as 5.4 μm, very little variation in the actual surface topography from the theoretical one, an average surface roughness of 1 μm, and maximum surface roughness within the entire evaluation length as 6.4 μm, showed consistent surface finish measured by other surface roughness parameters, good bearing area curve, and crack-free gear tooth surface without significant alteration in microhardness. Results of the present work demonstrate the superiority of the WEDM process over the conventional miniature gear manufacturing processes.     

Microceramic injection molding of a multilayer micropatterned micropart

Microceramic injection molding (µCIM) has shown great potential in making small-scale intricate near-net-shape parts with the competitive price for mass production. In this study, multi-exposure multi-development UV-Lithographie, Galvanoformung, Abformung (LIGA), µCIM, variothermal temperature control, and Taguchi experimental method are integrated and applied to develop a multilayer micropart with zirconia (ZrO₂) feedstock. With the variothermal temperature control, a 335 μm thickness multilayer micropart having 100 microholes of 21.6 μm in diameter has been successfully molded. Optimization of the molding parameters to achieve high microhole replication quality molding was carried out with Taguchi experimental method. Results from Taguchi experiments reveal that mold temperature (40.9%), back pressure (31.8%), and injection speed (26.8%) contribute most to the replication quality, while ejection temperature has little effect on it. After further sintering processing, the thickness of the part is 200 μm, the final microhole diameter is 17.3 μm and its depth is 35.3 μm while the width of the channel is 38.5 μm and its height is 35.3 μm, and the accumulated aspect ratio of the dual layer structure is 2.95.     

齿轮的脉冲电化学光整加工数控分度系统设计

根据成型阴极脉冲电化学齿轮表面光整加工原理,设计了工装和分度数控系统。针对该系统的特点进行了误差分析,提出误差补偿措施。在此控制系统和优化的工艺参数下,采用宽度为5 mm的工具阴极,可在5 min内把模数3、齿数33、齿宽15 mm和齿面硬度HRC50~HRC55的直齿轮齿面粗糙度Ra值从1.6μm降至0.1μm以下,齿面的表面反射率ρ(λ)由30%提高到80%~90%。     

渐开线少齿差行星传动的变形协调设计

针对渐开线少齿差行星传动,提出了一种变形协调设计方法,包括多层材料复合的齿轮本体设计、弹性层的材料选择及结构设计、考虑弹性材料变形的齿轮无侧隙啮合中心距设计计算公式。在此基础上设计制造了一种滤波传动装置,并与相同结构形式及规格的普通行星减速器进行了传动性能的对比仿真分析与实验,结果表明滤波减速器的空程回差、润滑及动力学特性都有了较为明显的改善。     

用激光透射法测量双圆弧齿轮齿面油膜厚度

本实验首次采用激光透射法,通过测量齿轮箱外伸出轴端上安装的一对渐开线直齿轮的侧隙的变化,间接测量了齿轮箱内双圆弧齿轮的齿面中心油膜厚度。测试过程中采用了逐次标定的方法,由此可以完全消除测量仪器本身精度以外的任何误差。此方法测量精度分别达到了0.1μm（动态）和0.01μm（静态）,测试结果与理论分析基本吻合。本实验方法也适用于其他圆柱真齿轮和斜齿轮的齿面中心油膜厚度测量。     

2K-H型行星轮系优化设计系统的研究

以太阳轮和全部行星轮的体积之和最小为优化设计目标函数,以太阳轮的齿数、齿宽、模数、行星轮的个数为设计变量,以行星轮系的传动比条件、同心条件、装配条件、邻接条件、模数条件、最少齿数条件、强度条件为约束条件,建立了行星齿轮传动优化设计的数学模型。以穷举法为优化设计方法,以VisualBasic为编程工具,研制出了行星轮系的优化设计系统,该系统能自动完成2K-H型行星轮系的优化设计。     

线切割与真空热扩散焊组合工艺制备微模具

采用线切割和真空压力热扩散焊组合工艺制备了高深宽比的三维微结构。分别研究了线切割与热扩散焊工艺并获得了较好的工艺参数用于制备微模具。首先,在脉冲宽度为10μs,脉冲间隔为40μs,线切割电流为0.28A,电压为60V的条件下,对100μm厚的铜箔进行线切割,获得了多层二维微结构。然后,在热扩散温度为850℃,热扩散时间为10h,压力为1.0μPa的工艺参数作用下,对多层铜箔二维微结构进行真空压力热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加形成微模具,并制备了六棱台微型腔模具及微型级联齿轮模具。实验结果表明:三维微模具表面形貌较好,制作结果较理想,与设计模型基本相符。最后,通过超声模压成型分别获得了二阶和三阶的塑料级联齿轮。这些微塑件质量良好,验证了该工艺方法的可行性。     

Effect of hob wear on the surface layer properties of hobbed gear teeth

Results of investigations of the effect of hob wear on the surface layer properties of hobbed gear teeth are presented in this paper. The influence of hob wear on the microhardness, surface roughness, residual stresses and surface layer thickness were investigated. On the basis of the experimental results it was found that hob wear has a significant influence on the surface layer properties of the gear teeth. This influence is most noticeable on the dedendum and root fillet where the gear tooth space is shaped by the bluntest part of the hob cutting edges.     

A method of gear lapping for high pitch accuracy: Example of a Wildhaber worm wheel

A method of finishing a highly accurate external gear with lapping, from both the experimental and theoretical points of view, is discussed. First, the external gear is meshed with the lapping tool, which acts as an internal gear having the same number of teeth and the same tooth-profile as the work. The lap is reciprocated in the direction of the gear axis and is then turned at a certain angle, so as to change the meshing teeth, and lapping is repeated. In a similar manner, the lapping action is repeated, changing the meshing teeth, and the accumulative pitch error is decreased.The aim is to make a highly accurate worm wheel (plane-tooth-profile) as basic research for the study of an indexing table which is assembled with Wildhaber worm gears. The experiment was tried on a worm wheel having an outside diameter 292 mm and 72 teeth. The maximum accumulative pitch error was decreased from 15 sec (10.5 μm) to 3.15 sec (2.2 μm). Thus we obtained a highly accurate worm wheel for practical use     

安装误差对直齿标准齿轮螺旋线偏差的影响规律

在齿轮螺旋线的实际测量过程中,不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度,分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型,然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5μm/45mm(2#)和11.9μm/45mm(3#)的楔形垫圈,用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果:采用2#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.17μm,相对误差为7%;采用3#楔形垫圈时,螺旋线倾斜偏差f_(Hβ)的最大值与理论模型相差0.06μm,相对误差为1%;而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明:齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合,从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型,得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。