一种齿轮光催化辅助化学机械协同抛光方法

本发明属于齿轮抛光，涉及一种齿轮光催化辅助化学机械协同抛光方法。

背景技术：

1、齿轮是工业体系中重要的机械零件，广泛应用于汽车、船舶、航空航天、兵器等领域，每年需求量不断上涨。随着科学技术的不断发展与创新，现代设备对齿轮表面加工精度要求越来越高，对于高性能齿轮而言，齿轮表面质量对产品的工作效率及使役性能产生直接影响。

2、目前的齿轮精加工方法有磨齿、滚齿、珩齿、机械抛光等，其加工机理均为机械应力微破碎去除，易产生微裂纹、划痕等机械损伤。因此，急需寻求一种新的齿轮加工方式，以提高齿轮加工质量，突破传统加工技术壁垒。化学机械抛光可利用化学腐蚀、软化与机械去除协同作用，实现工件的超低损伤超光滑表面形成，该技术在平面零件超精密加工领域应用广泛。此外，近年来也有学者提出采用光催化辅助化学机械抛光的复合加工工艺，以期提高材料去除率，如：杨友明等人采用紫外光辅助ga面gan化学机械抛光新工艺(http://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1083.tg.20230928.1541.012.html.)，苑泽伟等人针对cvd金刚石抛光，提出光催化辅助化学机械抛光的方式，实现其高效抛光(doi:10.13394/j.cnki.jgszz.2016.5.0003.)。然而，当前所述的光催化辅助化学机械抛光对象仅为平面零件，化学机械抛光通常是通过滴加的形式使抛光浆液分布在抛光垫上，被抛光工件固定在载物块上，通过改变载物块的质量来控制工件抛光压力，载物块在抛光垫上进行旋转运动，最终完成抛光。根据上述所描述的化学机械抛光原理知，针对齿轮类的非平面零件，难以实现传统意义上的化学机械抛光，其主要难点在于：抛光浆液难以均匀的滴加在齿廓表面，抛光压力施加困难。对于复杂结构件可以将工件整体浸入浆液中，再使之旋转，可以实现部分工件的抛光，如专利cn 114247939 b中提出一种齿轮无载荷整体浸入式化学机械耦合表面抛光方法，然而该方法轴向去除力弱，易产生材料去除不均、效率低。本发明在该基础上引入了紫外光辅助、倾斜式行星运动、视觉定位与磁力固定，紫外光的引入可以促进工艺中的化学作用，提高材料去除效率，倾斜式行星运动不仅可以增加工件表面的轴向受力，而且通过工件的行星运动可以改善齿面浆液分布及磨粒的机械作用力，实现材料均匀去除，视觉定位与磁力固定齿轮工件的方法可以更好的实现自动化、智能化生产。

技术实现思路

1、为了提高齿轮表面加工质量，本发明提出了一种齿轮光催化辅助化学机械抛光方法，通过将工件整体浸入抛光浆液中并进行倾斜式行星运动，以解决齿轮类零件化学机械抛光浆液分布及抛光压力施加的技术问题，该方法在机理上可以解决纯机加工带来的机械应力大、机械损伤严重等问题，实现齿轮的高效、低应力、光滑表面抛光。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种齿轮光催化辅助化学机械协同抛光方法，包括：齿轮工件经视觉定位，实现快速装夹；经抛光装置控制，使齿轮整体浸入抛光浆液中，进行倾斜式行星运动，在紫外光照射下，完成光催化辅助化学机械抛光。

4、所述的抛光装置，在其执行端安装有行星齿轮箱及工业相机，抛光装置具备旋转轴且可控制旋转轴与竖直方向倾斜一定的角度；行星齿轮箱输入轴与抛光装置旋转主轴相连，输出端通过电磁吸铁与齿轮工件端面连接；工业相机用于视觉定位，以实现工件自动装、卸时的准确定位。

5、所述的抛光装置需配备一个固定的容器，容器内壁材料需具有耐腐蚀性能，向容器内添加抛光浆液，其中抛光浆液中除水外，还含有亚铁离子(fe2+)、双氧水(h2o2)、二氧化钛(tio2)、氢离子(h+)和碳化硅(sic)；其中，fe2+的含量为40-60g/l，h2o2的含量为60-90g/l，h+的含量为70-80g/l，tio2的含量为1-2g/l，sic的粒径为0.8-1.2mm，sic的含量为1.6-2.2g/ml。

6、本发明的有益技术效果：

7、1、该方法通过光催化辅助化学机械抛光，利用光催化氧化、化学腐蚀、软化与机械划擦耦合作用，降低材料表层原子间的结合力及化学反应活化能，促进了齿廓表面氧化物的快速形成与去除，提高了齿轮加工效率，此外，化学机械协同作用，可实现齿轮的低应力、光滑表面抛光。

8、2、该方式不需要专用刀具，可实现多种类型的复杂结构件抛光，具有很好的通用性。

9、3、工件行星运动抛光倾斜一定的角度，提高了齿廓表面轴向切削力，克服了传统离心式抛光过程中齿廓轴向切削力弱的问题，可实现齿廓表面材料的均匀去除。

技术特征：

1.一种齿轮光催化辅助化学机械协同抛光方法，其特征在于，所述抛光方法为：齿轮工件经视觉定位，实现快速装夹；经抛光装置控制，使齿轮整体浸入抛光浆液中，进行倾斜式行星运动，在紫外光照射下，完成光催化辅助化学机械抛光；

技术总结
本发明公开了一种齿轮光催化辅助化学机械协同抛光方法，利用紫外光照射到容器内的抛光浆液，促进抛光过程的氧化反应，齿轮工件通过电磁吸盘固定，并完全浸入到自制抛光浆液中，通过工业机器人带动，齿轮工件进行倾斜式行星运动，在化学腐蚀软化与机械应力去除作用下，最终完成齿轮的自动抛光。与齿轮其他齿面处理方法相比，本方法利用化学与机械协同作用机理，实现材料的低应力超光滑表面抛光；通过工件整体浸入抛光液中，解决了抛光浆液分布的问题；经倾斜式行星运动，解决了传统离心式光整技术中齿廓表面轴向切削力弱的难题；引入紫外光催化辅助化学机械协同抛光，可提升浆液氧化效能，促进氧化作用，提高齿轮抛光效率。

技术研发人员：廖龙兴,罗善明,吴明杰,李嘉聪,符升平,常雪峰
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27