全液壓推土機連接盤內(nèi)花鍵拉削工藝

朱海濤，李中元，宋超，王孟，張超

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272000

1 序言

全液壓型推土機以其操作舒適性、使用可靠性、智能集成性、節(jié)能環(huán)保性及維修方便性等多方面優(yōu)勢，成為國內(nèi)外主機廠升級換代的重點產(chǎn)品。連接盤通過內(nèi)部漸開線花鍵連接太陽輪軸，是整個行星減速結(jié)構(gòu)扭矩輸入端，需具有承載能力強、花鍵使用壽命長和齒面定心等特點。在整機裝配過程中，操作人員發(fā)現(xiàn)太陽輪軸與連接盤花鍵部分壓入困難，裝配干涉件占比60%，嚴重影響整機的下線節(jié)拍。依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，跟蹤測量控制齒厚的關(guān)鍵尺寸M值（圓棒測跨距），查找問題工件。

2 花鍵精度分析

2.1 外花鍵M值測量及工藝路線分析

M值是反映齒輪分度圓齒厚的一項測量指標，測量所得兩量棒之間的距離，即為跨棒距M值。因測量精度較高，在生產(chǎn)實際中應(yīng)用較廣。

外花鍵材質(zhì)為合金低碳鋼，工藝路線：粗滾花鍵→精車→滲碳淬火→磨花鍵。

檢測磨花鍵后M值均在圖樣設(shè)計公差內(nèi)。外花鍵實測M值見表1。利用克林貝格P100齒輪測量儀檢測花鍵精度，均達GB/T 10095.1—2008中的8級要求，外花鍵精度良好。

表1 外花鍵實測M值 （單位：mm）

2.2 連接盤M值測量及工藝路線分析

內(nèi)花鍵零件材質(zhì)為合金中碳鋼，工藝路線：鍛造→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→線切割內(nèi)花鍵→離子氮化。跟蹤收集線切割后內(nèi)花鍵和離子氮化后內(nèi)花鍵M值測量數(shù)據(jù)。

（1）線切割工序?qū)?nèi)花鍵的影響 內(nèi)花鍵測量位置如圖1所示，對每件連接盤的4個點進行M值數(shù)據(jù)采集（見表2）并分析，線切割后內(nèi)花鍵呈以下特點：①同一件連接盤花鍵M值在4個點測量數(shù)值不統(tǒng)一，變動值在0.16mm以內(nèi)。②工件上端M值均大于下端M值，花鍵上端齒厚小，下端齒厚大，花鍵齒向有錐度誤差。

圖1 內(nèi)花鍵測量位置

表2 內(nèi)花鍵實測M值 （單位：mm）

（2）離子氮化對內(nèi)花鍵的影響 對內(nèi)花鍵離子氮化前后M值進行測量，發(fā)現(xiàn)M值變動在0.06mm以內(nèi)，同時無法修正線切割造成的齒向錐度。

2.3 分析計算關(guān)鍵因素

經(jīng)分析認為，雖然離子氮化會造成M值變動，但是影響較小，圖樣要求M值公差為0.25mm，造成裝配困難的主要原因是內(nèi)花鍵線切割精度差，離子氮化前M值公差需控制在0.03mm以內(nèi)。為進一步確定線切割尺寸超差造成的裝配干涉，通過計算得出理論最小齒隙B＝（P－Snmax）/2＝（πm－Snmax）/2＝0.032（mm），其中P為齒距（mm），Snmax為太陽輪軸和連接盤最大齒厚之和（mm）；m為花鍵模數(shù)（mm）。

假設(shè)連接盤齒厚超差，按齒隙為0m m計算，可得出連接盤齒厚上限值Sn＝2.5447＋0.032＝2.5767（mm），根據(jù)齒厚與M值換算表，可得M值為49.88mm。當M值＜49.88mm時，兩者齒隙為負值，影響裝配。由于表2中部分連接盤M值＜極限值，因此線切割為造成裝配干涉的關(guān)鍵工序。需要引進新工藝，提升花鍵加工精度。

3 新工藝試驗

3.1 插齒工藝試驗

插齒工藝試驗設(shè)備采用宜昌長機YKD5150插齒機，刀具為錐柄插齒刀。根據(jù)連接盤齒寬105mm，全齒深5m m，計算得出插齒工藝參數(shù)：主運動行程120mm，主運動往復數(shù)91.67r/min，工進進給量0.02mm/r，圓周進給量0.06mm/r，循環(huán)次數(shù)3次/齒。

插齒后，發(fā)現(xiàn)連接盤下端出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，未能插齒到全齒深。與刀具廠家溝通，目前采用的插齒參數(shù)合理。插齒刀材料為M42工具鋼，A級插齒刀，硬度65HRC，工件經(jīng)調(diào)質(zhì)后硬度為30HRC，插齒刀選擇合理。經(jīng)討論分析認為，出現(xiàn)讓刀的原因為插齒刀與主軸連接剛性不足，當工件齒寬過大時，出現(xiàn)插齒刀讓刀運動（見圖2）。此項工藝改善未能解決問題。

圖2 讓刀運動示意

3.2 拉削工藝試驗

拉削工藝試驗設(shè)備采用數(shù)控鍵槽拉床，刀具為花鍵拉刀。

（1）拉削力計算 內(nèi)花鍵拉削工藝的開發(fā)前提是連接盤內(nèi)花鍵需要的拉削力小于機床許用拉力196kN。根據(jù)復雜刀具設(shè)計手冊[1，2]，查得普通式矩形、漸開線和三角花鍵拉刀的最大拉削力Fmax計算公式為

式中，n為安全系數(shù)；Fc為切削刃單位長度上的切削力（N/mm），根據(jù)齒升量和工件硬度，選擇Fc＝282N/mm；∑b為每個刀齒切削刃總長度（mm）；Zi為同時工作齒數(shù)，Zi＝L0/P+1，其中L0為工件拉削長度（mm），P為刀具齒距（mm）；K1、K2和K3分別為前角、切削液和刀具磨損對切削力的修整系數(shù)，可近似取1。

經(jīng)計算，F(xiàn)max＝1.4×282×7.51×6×9.8＝174.40（kN），小于機床許用拉力196kN，設(shè)備具備開發(fā)漸開線內(nèi)花鍵拉削工藝的能力。

（2）拉削工藝制定 依據(jù)產(chǎn)品圖樣設(shè)計基準，采用兩側(cè)軸承端面作為工藝基準，內(nèi)孔徑向定位依靠拉刀導向部位和拉刀自重，自動擺正工件。經(jīng)多次試驗，最終選定拉刀外徑與內(nèi)孔孔徑間隙為0.05mm，拉刀導向順利進入內(nèi)孔，工件內(nèi)孔與拉刀間隙為最小值[3]。同時對內(nèi)孔孔徑公差進行了工藝要求，為φmm。

（3）拉胎工裝設(shè)計 拉胎（見圖3）主要保證連接盤的端面定位精度，同時對連接盤起到徑向粗定位作用。參考鍵槽拉胎的結(jié)構(gòu)樣式[4]，設(shè)計下端軸承定位面為拉胎定位面，上端軸承安裝面末端為壓緊面；利用連接盤下端軸承外圓與拉胎內(nèi)孔為大間隙配合，配合間隙為0.2mm，滿足連接盤粗定位功能（見圖4）。為保證內(nèi)花鍵齒向精度，要求拉胎底座平面度0.02mm，平行度0.02mm，表面粗糙度值Ra＝0.8μm。

圖3 拉胎

3.3 連接盤新工藝驗證

通過以上改善措施，分別對連接盤拉削后內(nèi)花鍵M值和離子氮化后M值進行測量，結(jié)果見表3。M值均穩(wěn)定在公差中值附近，不同件M值誤差為0.04mm以內(nèi)，表面粗糙度值Ra＝3.2μm。同一件連接盤上下端M值經(jīng)測量均一致，消除了原先連接盤內(nèi)花鍵出現(xiàn)錐度的工藝缺陷。

表3 連接盤拉削后內(nèi)花鍵M值和離子氮化后M值測量結(jié)果 （單位：mm）

4 結(jié)束語

內(nèi)花鍵拉削工藝的成功實施，不僅提升了花鍵精度，穩(wěn)定保證了連接盤齒厚，消除了裝配干涉問題，還大幅度降低了加工成本。今后將積極應(yīng)用此工藝于其他相關(guān)機型的內(nèi)花鍵零件加工中。

專家點評

該文針對內(nèi)花鍵線切割加工中的M值超差及齒向錐度問題，從多個方面進行工藝分析，確定線切割尺寸超差是造成裝配干涉的主要原因。并嘗試采用新的（插削和拉削）工藝方法，通過工藝試驗，最終采用拉削加工的方法，在提升花鍵精度的同時降低了加工成本，為內(nèi)花鍵的加工和裝配積累了經(jīng)驗。

線切割一直是內(nèi)花鍵加工的主要方法，因為鉬絲切削的精度較差，因此很難控制齒厚的關(guān)鍵尺寸M值。作者積極創(chuàng)新，打破技術(shù)瓶頸，通過傳統(tǒng)工藝中的拉削加工，解決了內(nèi)花鍵加工質(zhì)量問題，值得學習和借鑒。