大模數齒條加工方法優化

何海洋

摘 要：大型齒條的加工過程中變形總是不同程度存在的，嚴重的變形將直接影響齒條的加工精度，文章重點從以下幾個方面進行簡要的分析與總結，供入參考。

關鍵詞：大模數齒條；加工方法；優化原則

圖1是某大型回轉裝置的傳動部件齒條簡圖，齒條長8300mm，直徑為φ520，但其上面要加工掉143mm厚的坯料，以便形成齒形上平面，齒條的法向模數為65，材料42CrMo，重量為9300kg。這樣大模數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構易變形。

圖1

1 加工分析

（1）為保證齒條嚙合傳動強度要求，不能按常規將工件粗車成圓柱狀進行調質，而必須將齒頂面及齒形粗加工后進行調質，這樣可以減少齒條開齒后的變形。（2）本件不能使用兩個中心架做支撐，因為我公司1680臥車每種規格的中心架只有一個，而兩種不同規格的中心架不能同時使用，如同時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構，并要有一定的寬度，以便于在半精加工和精加工時能夠加工出架子窩。（4）由于工件截面不對稱，不平衡重約有2t，必須在卡盤處設置配重塊，防止偏心。（5）各齒形的加工不提專用銑刀，因為本件的齒形模數較大，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，這樣可以節省專用刀具費用，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生的變形。齒條的加工工藝路線：鍛毛坯-粗加工/粗開齒-調質-半精加工/半精銑齒-時效處理-精加工/精銑齒。

2 粗加工

毛坯經劃線后檢查各部余量效勻性，在φ200鏜床上平端面，鉆中心孔75度B30頂尖孔，加工出520*520方形面，φ330吊裝孔（單面12mm或雙向24mm），上1680臥車車削工件大外圓按544mm車出，上13米數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）圖2。加工齒形時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號標準進行探傷，合格后進行調質處理，調質硬度達217～255。

圖2 架子窩位置

3 半精加工

齒條粗加工調質后要重新劃全線，檢查各部尺寸變形情況，進行試棒取樣，必要時可以采用熱校直方法。在φ200鏜床上平端面精修頂尖孔，加工出520*520方形面，φ330吊裝孔（單面7mm或雙向14mm）， 在1680臥車卡盤處安裝配重塊，防止工件偏心，車削工件大外圓按534mm車出，上13米數控龍門銑按簡圖2加工各部尺寸并粗開齒（齒形每面留7mm），根據手冊查得圓柱形齒條（20≥mL/d>15 B/h≤4 L>1500）粗切齒后進行人工時效處理，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，調整工件中心方向。φ200鏜床上平端面精修頂尖孔，在1680精車外圓，嚴格控制切削量，多次走刀，防止工件變形。最后在13米數控龍門銑床上將520*520方各面、φ330吊裝孔及總體長度8300mm達圖。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（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應力重新分布，引起齒條變形，主要表現在沿齒頂方向彎曲。如圖所示4，長3m，m30以上的齒條彎曲變形量δ粗銑齒后達3mm以上，如果變形量過大無法進行精加工時，必須對齒條進行校直，通常采用熱校直的方法效果較好，其方法是：通過加熱改變其內應力狀態，以變形抵消原變形，從而達到校直齒條的目的，加熱時齒頂面朝向平臺，背面向上，用火烤背面，加熱溫度和時間適各部位變形大小而定，加熱后自然冷卻，待全部冷卻后翻個放置，檢查校直情況，如不符合要求時可重復進行火燃加熱，直到達到要求為止。

圖4 齒條彎曲變形

6 結束語

目前，隨著我公司對外承攬的加工范圍的不斷擴大，及我公司與外協公司的業務不斷增多，我們所面臨的各樣加工件的形式不斷改變。這種工藝方法優化了生產工藝，提高了產品質量，從工藝方法和工藝措施上保證了關鍵件、復雜件的尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度等各項技術指標達到設計要求和使用性能要求，并在工藝上采用先進手段提高產品質量，并且適合于公司的生產要求。以后我公司還要生產制造其他產品，這種工藝方法具有廣闊的前景和深遠的意義。