大型鏈輪綠色加工工藝研究

□ 萬正喜 □ 肖 熳 □ 康碧波

湖南長重機器股份有限公司 技術(shù)研發(fā)中心 長沙 410014

目前，國家實施經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約原材料、優(yōu)化利用資源已是綠色制造研究的重要組成部分。鏈輪制作工藝復(fù)雜，如何設(shè)計合理的制作工藝尤為重要。本文分析了傳統(tǒng)大型鏈輪制作方法的不足，提出了新的制作方法和工藝，對該方法及工藝流程進行了詳細的分析，并將該種方法及工藝應(yīng)用于混勻取料機斗輪機構(gòu)中的驅(qū)動大鏈輪的制作。現(xiàn)以混勻取料機斗輪機構(gòu)驅(qū)動鏈輪為例，詳細介紹大型鏈輪的加工過程。

1 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝

在大型鏈輪的制造工藝上，人們進行了積極的研究，大型鏈輪的加工主要分為兩步，第一步是鏈輪體的加工，第二步是鏈輪的輪齒加工。鏈輪體的制造過程是：鑄造-切削加工-拼接；鏈齒的加工一般采用銑削的方法。下面對鏈輪的傳統(tǒng)制造工藝進行詳細分析。

1.1 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝方法之一

大型鏈輪一般的制造方法是：用鑄造工藝鑄造出鏈輪體，其材料為ZG310-570，鑄造后先對鏈輪體進行退火熱處理，再進行正火和回火熱處理、加工螺孔等，完成后用螺栓與斗輪機機構(gòu)的輪體安裝成一體，并在大型銑齒機上進行鏈輪齒的加工，最后進行齒面的淬火。

鑄造大型鏈輪體，需要大型的鑄造設(shè)備，且鑄造后鏈輪體存在氣孔、針孔、夾渣、裂紋、凹坑等缺陷，為了消除這些缺點，需要對鏈輪體進行退火處理，退火處理后，再進行調(diào)質(zhì)熱處理。另外，為了消除鏈輪體內(nèi)存在的殘余應(yīng)力以及提高鏈輪輪齒切削加工的效率，需要進行正火熱處理。而這些熱處理工藝需要專門的大型熱處理裝備，同時還要耗費大量的能源，其制作工藝復(fù)雜，費時且成本很高。

1.2 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝方法之二

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，20世紀90年代初，出現(xiàn)了數(shù)控切割機床，鏈輪的加工方法也有所改變，鏈輪體的制作由原來的鑄造改用數(shù)控機床切割鋼板來實現(xiàn)。具體方法是：按鏈輪的尺寸確定鏈板的尺寸（一般將鏈輪等分為8、10或12），通過數(shù)控機床對鏈板進行切割下料，切割后的鏈板在機床上加工，將加工好的鏈板拼接成鏈輪。這種加工方法比第一種方法節(jié)省時間和加工成本，但鏈板拼接成鏈輪后有加工誤差累積，導(dǎo)致鏈輪在傳動過程中的不平穩(wěn)，降低了鏈輪使用壽命。

2 大型鏈輪綠色制造方法及工藝

2.1 綠色制造工藝在機械中的應(yīng)用

綠色制造工藝技術(shù)是以傳統(tǒng)的工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合材料科學(xué)、表面技術(shù)、控制技術(shù)等新技術(shù)的先進制造工藝技術(shù)，它是應(yīng)用綠色設(shè)計、使用綠色設(shè)備、綠色材料、綠色能源制造綠色產(chǎn)品，一直到產(chǎn)品使用壽命完結(jié)后的綠色處理的全過程。其目標是對資源的合理利用，節(jié)約成本，降低對環(huán)境造成的污染。根據(jù)這個目標可將綠色制造工藝劃分為三種類型：節(jié)約資源的工藝技術(shù)、節(jié)省能源的工藝技術(shù)、環(huán)保型工藝技術(shù)。

2.2 大型鏈輪下料方法的工藝流程

筆者提出了一種新的鏈輪加工方法，即采用數(shù)控切割的方法來制作。數(shù)控切割機為數(shù)控火焰切割機、數(shù)控等離子切割機或數(shù)控高壓水射流切割機，鏈輪的加工工藝流程如圖1和圖2所示。

（1）下料。對多個弦長相等的弧形的鏈板下料，下料后形成的每一個鏈板所對應(yīng)的扇形夾角為整數(shù)，且保證每一鏈板的外弧周緣上能加工出整數(shù)個鏈輪的鏈齒。

（2）初步加工。先對每一鏈板的表面加工到規(guī)定的尺寸，再分別對每一鏈板的第一面、第二面、第一端、臺階面及連接第一面和第二面的兩側(cè)面均加工到規(guī)定的尺寸，并使第一面、第二面及第一端的粗糙度為Ra6.3 μm。在初步加工過程中，對每一鏈板的第二端的表面進行初步加工，并保留5～8 mm的加工余量，以便于在第二端上加工鏈齒，同時還在每一鏈板上加工固定孔。

▲圖1新的鏈輪加工方法流程

▲圖2 鏈輪加工結(jié)構(gòu)組成

（3）精確加工。第一步，先使相鄰兩個鏈板的端面相互抵接，拼接形成鏈輪的輪坯，并使每一鏈板的第二端朝向輪體的外周；第二步，通過數(shù)控切割機對拼接在一起的輪坯的外周進行切割，形成鏈齒。具體過程為：啟動數(shù)控切割機的割嘴，使割嘴自輪坯的任意相鄰兩個鏈板的接縫處為起始點，開始進行切割加工。精確加工的第一步和第二步之間還包括，在第一步之后，先通過數(shù)控切割機測量鏈輪的輪坯與數(shù)控切割機的軌道之間的夾角，并根據(jù)數(shù)控切割機的程序，確定切割加工的方向，再通過數(shù)控切割機確定鏈輪的輪坯的圓心。

2.3 大型鏈輪綠色下料方法的分析

新鏈輪的綠色加工方法具備的優(yōu)點有：①利用數(shù)控切割機切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機床銑削加工，切割需要的時間短，節(jié)約了生產(chǎn)加工成本；②將所有鏈板先裝配在輪體上，再進行整體切割，相對于對每一個鏈板單獨加工后再拼接成鏈輪，減小了累積加工誤差；③通過數(shù)控切割機測量了鏈輪的輪坯夾角及圓心，提高了加工的精確性。

3 實施實例

以混勻取料機的斗輪機構(gòu)驅(qū)動鏈輪為例來介紹新鏈輪加工方法的使用方法。橋式混勻取料機的斗輪機構(gòu)一般是由雙斗輪組成，兩斗輪之間通過小車相連接，有兩個大鏈輪通過螺栓分別固定在斗輪機構(gòu)的兩個輪體上，斗輪機構(gòu)直接由鏈輪來驅(qū)動。斗輪機構(gòu)的輪體直徑一般在5 m左右，固定在輪體上的鏈輪直徑也在5 m左右，由于鏈輪直徑很大，其制造成本在整個鏈輪成本中占有很大的比重。另一方面，由于鏈輪工作環(huán)境惡劣，鏈輪屬于易損件，一般使用幾年后，由于鏈輪的部分輪齒損壞需要對鏈輪進行修補或更換鏈輪，因此合理的鏈輪制造工藝就顯得尤為重要。

新的鏈輪加工方法在工程中的應(yīng)用如圖3所示。其特點：一是節(jié)省時間，加工方便，一個大的輪體的輪齒只需1.5 h就可切割完成，而采用傳統(tǒng)的機床銑削加工需 6至 7天；二是費用低，采用銑齒加工鏈輪的輪齒需花費15 000元左右，而采用新的火焰切割加工方法只需要200元；三是提高精度，由于鏈板是先裝配在輪體上，然后再整體切割，因此減小了累積誤差。

▲圖3 新的鏈輪加工方法在工程中的應(yīng)用

4 結(jié)論

本文在詳細分析傳統(tǒng)大型鏈輪制造工藝方法不足的基礎(chǔ)上，提出了新的鏈輪制造工藝方法及流程。新的方法加工時間短，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減小了累積加工誤差，提高了加工的精確性。新的加工方法應(yīng)用于混勻取料機斗輪機構(gòu)的驅(qū)動鏈輪的制造加工，取得良好的綜合效果，為大型鏈輪的制造加工提供了參考和借鑒。

［1］ 萬正喜.斗輪堆取料機行走機構(gòu)力學(xué)性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化［D］.長沙：中南大學(xué)，2011.

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