大模数齿条加工方法优化

   摘 要：大型齿条的加工过程中变形总是不同程度存在的，严重的变形将直接影响齿条的加工精度，文章重点从以下几个方面进行简要的分析与总结，供入参考。
　　关键词：大模数齿条；加工方法；优化原则
　　图1是某大型回转装置的传动部件齿条简图，齿条长8300mm，直径为φ520，但其上面要加工掉143mm厚的坯料，以便形成齿形上平面，齿条的法向模数为65，材料42CrMo，重量为9300kg。这样大模数的齿条在我公司是第一次遇到，齿条横断面小，纵向长度大，粗加工特别是在粗切齿后结构易变形。
　　图1
　　1 加工分析
　　（1）为保证齿条啮合传动强度要求，不能按常规将工件粗车成圆柱状进行调质，而必须将齿顶面及齿形粗加工后进行调质，这样可以减少齿条开齿后的变形。（2）本件不能使用两个中心架做支撑，因为我公司1680卧车每种规格的中心架只有一个，而两种不同规格的中心架不能同时使用，如同时使用可能存在不同心问题。（3）使用中心架的部位一定要保留好整圆结构，并要有一定的宽度，以便于在半精加工和精加工时能够加工出架子窝。（4）由于工件截面不对称，不平衡重约有2t，必须在卡盘处设置配重块，防止偏心。（5）各齿形的加工不提专用铣刀，因为本件的齿形模数较大，可用刀盘装在万向铣头上分别加工各齿形面，再用齿形齿距样板控制齿形各部尺寸，这样可以节省专用刀具费用，并且此类工件很少加工。（6）齿条的弯曲变形采用热校直方法，这种方法可以有效控制齿条加工产生的变形。齿条的加工工艺路线：锻毛坯-粗加工/粗开齿-调质-半精加工/半精铣齿-时效处理-精加工/精铣齿。
　　2 粗加工
　　毛坯经划线后检查各部余量效匀性，在φ200镗床上平端面，钻中心孔75度B30顶尖孔，加工出520*520方形面，φ330吊装孔（单面12mm或双向24mm），上1680卧车车削工件大外圆按544mm车出，上13米数控龙门铣按简图加工各部尺寸并粗开齿（齿形每面留12mm），保留一处架子窝尺寸（宽度149.4mm）图2。加工齿形时一定要先开槽后加工齿形，小切削量，多次走刀，控制工件变形。按5000号标准进行探伤，合格后进行调质处理，调质硬度达217～255。
　　图2 架子窝位置
　　3 半精加工
　　齿条粗加工调质后要重新划全线，检查各部尺寸变形情况，进行试棒取样，必要时可以采用热校直方法。在φ200镗床上平端面精修顶尖孔，加工出520*520方形面，φ330吊装孔（单面7mm或双向14mm）， 在1680卧车卡盘处安装配重块，防止工件偏心，车削工件大外圆按534mm车出，上13米数控龙门铣按简图2加工各部尺寸并粗开齿（齿形每面留7mm），根据手册查得圆柱形齿条（20≥mL/d>15 B/h≤4 L>1500）粗切齿后进行人工时效处理，控制齿条变形。
　　4 精加工
　　重新划线检查各部变形情况，测出最大弯曲弯形量，调整工件中心方向。φ200镗床上平端面精修顶尖孔，在1680精车外圆，严格控制切削量，多次走刀，防止工件变形。最后在13米数控龙门铣床上将520*520方各面、φ330吊装孔及总体长度8300mm达图。刀盘装在万向铣头上分别加工各齿形面，再用齿形齿距样板控制齿形各部尺寸（图3）。
　　图3 齿距齿形样板
　　5 齿条的弯曲变形及热校直
　　大型齿条的加工过程中变形总是不同程度存在的，严重的变形将直接影响齿条的加工精度，一般情况下，由于切齿，特别是粗切齿后齿条内应力重新分布，引起齿条变形，主要表现在沿齿顶方向弯曲。如图所示4，长3m，m30以上的齿条弯曲变形量δ粗铣齿后达3mm以上，如果变形量过大无法进行精加工时，必须对齿条进行校直，通常采用热校直的方法效果较好，其方法是：通过加热改变其内应力状态，以变形抵消原变形，从而达到校直齿条的目的，加热时齿顶面朝向平台，背面向上，用火烤背面，加热温度和时间适各部位变形大小而定，加热后自然冷却，待全部冷却后翻个放置，检查校直情况，如不符合要求时可重复进行火燃加热，直到达到要求为止。
　　图4 齿条弯曲变形
　　6 结束语
　　目前，随着我公司对外承揽的加工范围的不断扩大，及我公司与外协公司的业务不断增多，我们所面临的各样加工件的形式不断改变。这种工艺方法优化了生产工艺，提高了产品质量，从工艺方法和工艺措施上保证了关键件、复杂件的尺寸精度、几何精度、表面粗糙度等各项技术指标达到设计要求和使用性能要求，并在工艺上采用先进手段提高产品质量，并且适合于公司的生产要求。以后我公司还要生产制造其他产品，这种工艺方法具有广阔的前景和深远的意义。