剖分式特大型齒輪加工防變形的探討和實踐

吳敬，王偉

剖分式特大型齒輪加工防變形的探討和實踐

Research and Practice for the Split Large Gear Machining Anti-Deformation

吳敬1，2，王偉2

直徑大于Φ7000mm以上的齒輪，一般稱為特大型齒輪。由于齒輪毛坯重量大，鑄造成型困難，一般均為剖分式，由兩個半圓齒輪組合而成。特大型齒輪的特點是結構尺寸大，重量重，輪齒模數大，齒數多，加工中難度較大。

特大型齒輪在加工中出現的最大問題是變形，變形的特征是半齒輪對口處向外擴張，組合成整體后，形成橢圓，剖分面對口處出現較大開口，該處齒槽寬尺寸變大，節距變大。其危害是齒輪在工作過程中出現周期性震動，嚴重影響主機設備的正常工作。

我公司常年生產各類礦山設備和水泥機械，大型齒輪是主要加工的零部件，在大齒輪加工防變形問題上進行了長期的探討和研究。我公司為某廠生產一臺Φ6.1m×40m回轉窯，其中配套大齒輪屬于特大型齒輪，其尺寸參數為模數M=40mm，齒數z=224，齒頂圓直徑Φ9036mm，分度圓直徑Φ8740mm，齒寬b=680mm。材質ZG35CrMo。針對這樣的特大型齒輪，防變形是重要環節，一旦控制不好，出現變形，將無法解決，只能報廢。所以在該齒輪加工之前，進行了認真的探討，制定了詳細的方案，保證了加工的順利進行。本文將具體方案作一介紹，供參考。

1 具體方案

1.1 毛坯熱處理

半齒輪毛坯鑄造完成后，轉熱處理工序，進行正火處理。通過正火處理消除其內部殘余應力，使鑄件組織細化，成分均勻，改善加工性能。

正火溫度約在850℃左右，保溫后，取出在空氣中冷卻。

1.2 增加工藝性措施

由于半齒輪變形體現在對口向外擴張，為防止擴張，在半齒輪的對口處內側增加工藝性拉筋，用拉筋拉住對口處不擴張，拉筋斷面尺寸為150mm×150mm，拉筋距對口剖分面距離為100mm左右，該拉筋在毛坯鑄造時鑄出來（見圖1）。

1.3 機加工過程中防變形措施

在機加工過程中我們采取了“三組合”和“三拆卸”的工藝方案。

1.3.1 粗加工的組合和拆卸

上鏜床分別加工兩半齒輪的對口平面，留8mm加工余量。鉆一半齒輪對口平面上的螺孔，原螺孔尺寸是8-Φ82mm，先加工成8-Φ50mm，另一半齒輪配加工。

用M48螺栓和螺母將兩半齒輪組合成整圓（第一次組合）。

上立車加工外圓和兩端面，外圓直徑方向留40mm余量，兩端面各留20mm余量。

將大齒輪拆開兩半（第一次拆開），進行探傷檢查，確認無缺陷后，進行二次正火處理，消除應力，熱處理后，割掉拉筋。

1.3.2 半精加工的組合和拆卸

二次加工半齒輪對口平面，留加工余量5mm。將原對口平面上8-Φ 50mm孔擴加工至8-Φ58mm孔，另一半配加工。

用M56螺栓和螺母將兩半齒輪進行第二次組合。

上立車加工外圓和端面，直徑方向留20mm余量，兩端面各留余量10mm。

制作粗銑齒指形銑刀檢查樣板，齒底留13mm加工余量，齒厚方向每邊留13mm加工余量。制作兩種銑刀，模數M=28mm和模數M=36mm銑刀。

上銑齒機，分三刀進行粗銑齒，從對口縫開始，對口縫在齒谷中間，按“米”字形對稱跳躍式加工，第一刀用模數為28的銑刀加工，深度50mm，第二刀用模數36銑刀加工，加工深度25mm，第三刀用模數36銑刀繼續擴寬，加深。滿足樣板檢查尺寸為止。

第二次拆開，將兩半齒輪平放在平臺上，自然時效1～2周，釋放應力。

1.3.3 精加工的組合和拆卸

第三次加工兩半齒輪對口平面，達到設計尺寸精度。

將原8-Φ58mm的對口平面上螺孔加工至8-Φ82mm螺孔的設計尺寸，另一半配加工。

用M80螺栓和螺母將兩半齒輪進行第三次組合。

上立車加工齒輪外圓和端面達設計尺寸。

上滾齒機，用M40滾刀進行齒形的半精加工，齒深和齒厚方向各留5mm余量。加工后，松開所有夾緊壓板螺栓，將齒輪平放在機床工作臺上，時效1～2天。

精滾齒加工，用模數40滾刀，分二刀進行精加工，第一刀吃刀深度3mm，進給量0.7mm/r。第二刀吃刀深度2mm，進給量0.9mm/r。加工達到設計尺寸精度要求。

齒形加工后，進行第三次拆卸，將兩半齒輪平放在平臺上，自然時效一段時間，釋放應力。

1.4 檢查

第四次將兩半齒輪組合成整體，檢查變形量，對稱檢查8個點，檢查直徑方向的變形量，經檢查最大變形量小于2mm，對口接縫處開口量在允許范圍內。檢查結果合格。

1.5 增加拉板

由于齒輪尺寸大發貨必須分半進行，在制造廠檢查，齒輪變形量是合格的，但是在運輸中的震動也會使齒輪產生變形。于是我們設計了防變形拉板，在半齒輪對口面上安裝拉板，用拉板限制半齒輪在運輸中可能出現的變形（見圖2）。齒輪拆開后，馬上就安裝拉板，人為限制變形發生。

2 結語

該特大型齒輪，在結構、熱處理、機加工和運輸方面均采取了有效的防變形措施，不僅保證了齒輪在制造廠未出現變形，也保證了該齒輪運輸到現場后未出現變形，實踐證明該總體方案是可行的、有效的。

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趙 蓮