大模數(shù)齒條加工方法優(yōu)化

北方重工集團(tuán)重大部件加工分公司（遼寧 沈陽 110141) 何海洋

圖1是某大型回轉(zhuǎn)裝置的傳動(dòng)部件齒條簡圖，齒條長8300mm，直徑為520mm，但其上面要加工掉143mm厚的坯料，以便形成齒形上平面。齒條的法向模數(shù)為65，材料42CrMo，質(zhì)量為9300kg。這樣大模數(shù)的齒條在我公司是第一次遇到，齒條橫斷面小，縱向長度大，粗加工特別是在粗切齒后結(jié)構(gòu)易變形。

圖1 齒條

1.加工分析

(1)為保證齒條嚙合傳動(dòng)強(qiáng)度要求，不能按常規(guī)將工件粗車成圓柱狀進(jìn)行調(diào)質(zhì)，而必須將齒頂面及齒形粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)，這樣可以減少齒條開齒后的變形。

(2)本件不能使用兩個(gè)中心架做支撐，因?yàn)槲夜?680臥式車床每種規(guī)格的中心架只有一個(gè)，而兩種不同規(guī)格的中心架不能同時(shí)使用，如同時(shí)使用可能存在不同心問題。

(3)使用中心架的部位一定要保留好整圓結(jié)構(gòu)，并要有一定的寬度，以便于在半精加工和精加工時(shí)能夠加工出架子窩。

(4)由于工件截面不對(duì)稱，不平衡重約有2t，必須在卡盤處設(shè)置配重塊，防止偏心。

(5)各齒形的加工不用專用銑刀，因?yàn)楸炯凝X形模數(shù)較大，可用刀盤裝在萬向銑頭上分別加工各齒形面，再用齒形齒距樣板控制齒形各部尺寸，這樣可以節(jié)省專用刀具費(fèi)用，并且此類工件很少加工。

(6)齒條的彎曲變形采用熱校直方法，這種方法可以有效控制齒條加工產(chǎn)生的變形。齒條的加工工藝路線:鍛毛坯→粗加工/粗開齒→調(diào)質(zhì)→半精加工/半精銑齒→時(shí)效處理→精加工/精銑齒。

2.粗加工

毛坯經(jīng)劃線后檢查各部余量均勻性，在φ200mm鏜床上平端面，鉆中心孔75°B30頂尖孔，加工出520mm×520mm方形面和φ330mm吊裝孔 (單面12mm或雙向24mm)，上1680臥式車床車削工件大外圓按544mm車出，上13m數(shù)控龍門銑按簡圖加工各部尺寸并粗開齒 (齒形每面留12mm)，保留一處架子窩尺寸 (寬度149.4mm)如圖2所示。加工齒形時(shí)一定要先開槽后加工齒形，小切削量，多次走刀，控制工件變形。按5000號(hào)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探傷，合格后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度達(dá)217～255HBW。

圖2 架子窩位置

3.半精加工

齒條粗加工調(diào)質(zhì)后要重新劃全線，檢查各部尺寸變形情況，進(jìn)行試棒取樣，必要時(shí)可以采用熱校直方法。在φ200mm鏜床上平端面精修頂尖孔，加工出520mm×520mm方形面和φ330mm吊裝孔 (單面7mm或雙向14mm)，在1680臥式車床卡盤處安裝配重塊，防止工件偏心，車削工件大外圓按534mm車出，上13m數(shù)控龍門銑按簡圖2加工各部尺寸并粗開齒 (齒形每面留7mm)，根據(jù)手冊(cè)查得圓柱形齒條 (20≥m，L/d＞15，B/h≤4，L＞1500)粗切齒后進(jìn)行人工時(shí)效處理，控制齒條變形。

4.精加工

重新劃線檢查各部變形情況，測出最大彎曲彎形量，調(diào)整工件中心方向。φ200mm鏜床上平端面精修頂尖孔，在1680車床上精車外圓，嚴(yán)格控制切削量，多次走刀，防止工件變形。最后在13m數(shù)控龍門銑床上將520mm×520mm方各面、φ330mm吊裝孔及總體長度8300mm達(dá)圖樣要求。刀盤裝在萬向銑頭上分別加工各齒形面，再用齒形齒距樣板控制齒形各部尺寸 (見圖3)。

圖3 齒距齒形樣板

5.齒條的彎曲變形及熱校直

大型齒條的加工過程中變形總是不同程度存在的，嚴(yán)重的變形將直接影響齒條的加工精度。一般情況下，由于切齒，特別是粗切齒后齒條內(nèi)應(yīng)力重新分布，引起齒條變形，主要表現(xiàn)在沿齒頂方向彎曲。如圖4所示，長3m以上的齒條彎曲變形量δ粗銑齒后達(dá)3mm以上，如果變形量過大無法進(jìn)行精加工時(shí)，必須對(duì)齒條進(jìn)行校直，通常采用熱校直的方法效果較好，其方法是:通過加熱改變其內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，以變形抵消原變形，從而達(dá)到校直齒條的目的。加熱時(shí)齒頂面朝向平臺(tái)，背面向上，用火烤背面，加熱溫度和時(shí)間按各部位變形大小而定。加熱后自然冷卻，待全部冷卻后翻個(gè)放置，檢查校直情況;如不符合要求時(shí)可重復(fù)進(jìn)行火燃加熱，直到達(dá)到要求為止。

圖4 齒條彎曲變形

6.結(jié)語

目前，隨著我公司對(duì)外承攬的加工范圍不斷擴(kuò)大，及我公司與外協(xié)公司的業(yè)務(wù)不斷增多，我們所面臨的各樣加工件的形式不斷改變。這種工藝方法優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從工藝方法和工藝措施上保證了關(guān)鍵件、復(fù)雜件的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求和使用性能要求，并在工藝上采用先進(jìn)手段提高產(chǎn)品質(zhì)量，并且適合于公司的生產(chǎn)要求。以后我公司還要生產(chǎn)制造其他產(chǎn)品，這種工藝方法具有廣闊的前景和深遠(yuǎn)的意義。