大型鑄鋼齒輪兩種加工工藝與探傷缺陷的比較

摘 要：大型半齒輪在銑齒后，容易暴露出表面缺陷，補(bǔ)焊受熱影變形量過大會響齒輪的精度。很多大型齒輪的加工工藝要求銑半齒探傷，然后熱處理。然而這樣做并不能解決銑齒后的探傷缺陷問題，相反會增加缺陷的數(shù)量。

關(guān)鍵詞：半齒輪；加工工藝；無損檢測；熱處理

前言

鑄鋼件缺陷司空見慣，大型齒輪就材質(zhì)而言都是鑄鋼件，經(jīng)常會出現(xiàn)各種缺陷。在大型鑄鋼齒輪沒有銑齒之前，其缺陷很容易處理，只要清理后補(bǔ)焊就可以了。至于補(bǔ)焊受熱引起的變形，比較起剩余的加工余量，顯得微不足道。然而齒輪銑齒后就不一樣，補(bǔ)焊的熱影響變形對齒輪的精度不得不考慮。齒輪是比較精密的零件，大齒輪也是如此。在大齒輪銑齒后，齒面暴露出缺陷往往很多。

大型齒輪在粗加工后，在尚未熱處理前和銑齒之前，根據(jù)用戶對其強(qiáng)度的不同要求，通常要進(jìn)行超聲波檢查。超聲波探傷可以檢查出鑄鋼件內(nèi)部至少80%以上的內(nèi)部缺陷，然而超聲波探傷的依據(jù)是超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)。是以當(dāng)量和面積來評定缺陷大小的，很多沒有超標(biāo)的缺陷，并不能在探傷報告中反映出來。這些小當(dāng)量小面積的缺陷在工件內(nèi)部也并不能對工件強(qiáng)度造成太大的影響，但經(jīng)過銑齒之后就不一樣了，這些小當(dāng)量小面積缺陷有時會暴露在工件的表面，比如大型鑄鋼齒輪就可能會暴露在齒面上。一旦齒面出現(xiàn)開放性的小缺陷，對齒輪的強(qiáng)度就會造成很大的影響。

處理齒面表面缺陷的方法有兩種。一種是對深度不大的小缺陷而言，打磨掉不影響齒輪精度，就不予處理。另一種方法就是徹底清除缺陷，然后補(bǔ)焊。補(bǔ)焊產(chǎn)生的熱量就會對齒輪的尺寸有一定的影響，處理這種尺寸的變形非常麻煩。所以盡可能減少銑齒后暴露出來的缺陷，對大型鑄鋼件齒輪的加工生產(chǎn)十分必要。

1 減少齒面出現(xiàn)缺陷的手段

精加工后齒面缺陷處理十分困難，在齒輪要求精度不是很高的情況下，精加工后補(bǔ)焊受熱變形也可以忽略。然而隨著科技的進(jìn)步，對產(chǎn)品精度的要求也越來越高，很多情況下不允許精加工后出現(xiàn)較大的變形。即使在銑齒后留有1-2mm的余量，然后進(jìn)行磁粉或者是滲透探傷，發(fā)現(xiàn)缺陷及時補(bǔ)焊處理，如果補(bǔ)焊量過大，也會出現(xiàn)較大的變形，影響大齒輪的精度，這給補(bǔ)焊帶來了巨大的難度。

傳統(tǒng)的工藝都是在粗加工車出外圓后進(jìn)行超聲波探傷，再進(jìn)行熱處理，然后車外圓，再銑齒并留幾毫米的余量，磁粉或者滲透探傷，處理探傷缺陷后精加工銑齒。有的時候在熱處理后增加一道粗車工序，去掉黑皮，給熱處理后超聲波探傷創(chuàng)造條件，之后做超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)延遲缺陷還有處理的余地。超聲波探傷都是按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，對于沒有超過標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，超聲探傷報告并不能反映出來，但這些小當(dāng)量小面積的缺陷經(jīng)過銑齒后，一旦暴露在齒面上，外觀檢查和磁粉以及滲透探傷都不能通過，必須要經(jīng)過清除和補(bǔ)焊處理。問題的關(guān)鍵就在于這些經(jīng)超聲檢測而不超標(biāo)的缺陷應(yīng)該如何對待。能不能盡可能減少銑齒后暴露出表面的缺陷，以減少補(bǔ)焊量，從而達(dá)到減小變形的目的呢？

改進(jìn)加工工藝，是人們首先想到的一個辦法。最常用的方法就是在熱處理之前增加一道銑齒的工序，這種方法在生產(chǎn)四分之一大型鑄鋼齒輪過程中經(jīng)常使用。改進(jìn)后的工藝就是在熱處理前車好外圓后銑齒，將齒面銑出一半的齒高，然后進(jìn)行磁粉或者滲透探傷工序，表面探傷檢測出來的缺陷經(jīng)過補(bǔ)焊處理，再進(jìn)行熱處理工序。這種方法可以大量補(bǔ)焊，不怕變形，不會影響鑄鋼大齒輪的精度，但因?yàn)榻?jīng)過銑齒的外圓，表面形狀復(fù)雜，應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生更多的缺陷。

2 新舊工藝實(shí)物缺陷比較

熱處理是一個工件的加熱和冷卻過程，也是一個應(yīng)力產(chǎn)生和釋放的過程。熱處理的理論證明，工件表面的形狀對于因熱處理產(chǎn)生出來的缺陷有很大影響，在熱處理前，應(yīng)盡可能做到工件表面光滑，沒有棱角以及較多的凹陷和突起。任何尖角部位都可能應(yīng)力集中，并在受熱的過程中產(chǎn)生裂紋。

比較銑齒之前鑄鋼大齒輪的齒面外觀形狀和銑齒之后的齒面外觀形狀，顯然經(jīng)過初步半銑齒后，表面的形狀復(fù)雜多了，棱角和凸凹也多了很多，給應(yīng)力釋放產(chǎn)生裂紋創(chuàng)造了條件，銑齒后的熱處理必將出現(xiàn)更多的裂紋缺陷。表1顯示了隨機(jī)的三組四分之一鑄鋼大齒輪，采用了新舊工藝出現(xiàn)的缺陷比較。從表1不難看出新工藝雖然解決了探傷缺陷補(bǔ)焊帶來的受熱變形，但同時也增加了缺陷的數(shù)量，而且也使得缺陷的長度顯著增加。產(chǎn)生缺陷的原因是因?yàn)樵阢婟X后表面形狀復(fù)雜，給熱處理增加了難度，銑齒后不是不可以熱處理，銑齒后的熱處理多半是硬齒面的表面淬火處理。

從表1中顯然可以看出，新工藝比起傳統(tǒng)的工藝，更容易產(chǎn)生熱處理缺陷。缺陷的數(shù)量多，尺寸大，都會給缺陷的清除和補(bǔ)焊造成麻煩，對于大面積的缺陷來說，往往三次補(bǔ)焊都不能成功。根據(jù)焊接理論，重復(fù)三次以上的焊接，為了保證焊接質(zhì)量，需要對焊接對象進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼６啻窝a(bǔ)焊不僅耗時費(fèi)力，加大成本，更給工件內(nèi)部組織帶來影響，直接影響到鑄鋼齒輪的內(nèi)部質(zhì)量。

3 自制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)減少缺陷出現(xiàn)

銑齒后出現(xiàn)暴露缺陷的根本原因是粗加工后內(nèi)部缺陷沒有及時處理，而沒有處理這些缺陷的根本原因是根據(jù)現(xiàn)有的國內(nèi)外鑄鋼件無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，超聲探傷并沒有檢測到超過標(biāo)準(zhǔn)允許的缺陷。正是這些沒有超標(biāo)的小當(dāng)量或小面積的缺陷，在最終銑齒后暴露出來。如果能在超聲波檢測過程中，將沒有超標(biāo)的缺陷也都及時清理干凈，無疑給接下來的銑齒后缺陷清除及修復(fù)帶來極大的便利。

現(xiàn)有的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都沒有將這類小當(dāng)量或小面積缺陷作為危害性缺陷處理，為了能將不超標(biāo)的缺陷也反映在超聲探傷報告中，有必要制定一個在企業(yè)內(nèi)部執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由企業(yè)自主掌控，對鑄鋼大齒輪齒面的超聲波探傷可以根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。通過企業(yè)探傷標(biāo)準(zhǔn)，可以控制鑄鋼齒輪的質(zhì)量，將小當(dāng)量或小面積缺陷在銑齒之前進(jìn)行修復(fù)，從而可以達(dá)到銑齒后不再暴露出齒面缺陷的目的。

因?yàn)殍T鋼件材質(zhì)存在著不如鍛件均勻的特點(diǎn)，鑄鋼件超聲波探傷的靈敏度普遍采用的是φ6當(dāng)量，允許的缺陷面積根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同和等級的不同大多不盡相同。多次的探傷實(shí)踐證明，在齒面處，距離齒面一個齒高深度的缺陷，以φ6當(dāng)量為基準(zhǔn)，面積在80mm2以上的缺陷，都可能暴露在齒面部位。

4 結(jié)束語

根據(jù)分析與實(shí)踐，在距離齒面一個齒高的范圍內(nèi)，任何超過面積在80mm2以上的缺陷都有可能暴露出來，對此，可以制定一個針對鑄鋼大齒輪檢測的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將缺陷的允許面積限制在80mm2以內(nèi)，采用這種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波檢測，無疑對暴露在齒面的缺陷能夠有效地控制，而且不會產(chǎn)生更多的熱處理缺陷，比起熱處理前銑半個齒高的方法要經(jīng)濟(jì)有效得多。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T7233-1987 GB/T 7233-2009.鑄鋼件超聲探傷及質(zhì)量評級標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]陳再良，呂東顯，曹明宇，等.金屬熱處理殘余應(yīng)力與開裂失效關(guān)系的探討[J].

[3]朱荊璞.談?wù)劅崽幚響?yīng)力及其作用[J].金屬熱處理，1979（2）.