扇形板加工工藝分析

蘭天一

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司，江蘇 常州 213019)

1 概 述

常州寶菱重工機(jī)械有限公司與日本三菱重工業(yè)株式會社合資以來，生產(chǎn)開卷機(jī)、卷取機(jī)已經(jīng)有17年的歷史，經(jīng)過多年的不斷探索，基本掌握了各種開卷機(jī)、卷取機(jī)的加工制造方法；尤其是卷筒式帶鋼卷取機(jī)設(shè)備先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大。卷取機(jī)上除了傳動系統(tǒng)(如電動機(jī)、箱體等)、壓輥止動器、外支撐、助卷器等裝置外，其核心部件是卷筒，它要在較大張力下高速卷取45t左右的鋼帶卷，同時在較大的帶材壓力下縮徑、卸卷；所以卷筒部件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

卷筒部件中除了芯軸、楔形塊、拉桿軸等零件外，直接與帶鋼接觸并影響卷取質(zhì)量的就是扇形板。作者根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，摸索出一套加工扇形板的最佳工藝規(guī)程，既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又大大提高了生產(chǎn)效率，并且為企業(yè)節(jié)約了較大的成本。

圖1 卷筒的結(jié)構(gòu)

2 結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求

2.1 結(jié)構(gòu)特點

扇形板主要是外圓弧面和內(nèi)側(cè)斜面，在開卷卷取中通常由4塊扇形板組成一個整圓，采用推拉機(jī)構(gòu)帶動斜塊沿卷筒軸的軸向移動，依靠其斜面使其帶動扇形板徑向運(yùn)動，從而使得各扇形板所形成的卷筒脹、縮，滿足了帶鋼卷繞及卷繞后帶卷從卷筒上卸下的需求。

2.2 技術(shù)要求

4塊扇形板重量一致，加工中要特別注意基準(zhǔn)點選??；4塊扇形板脹、縮一致，這就要求斜面角度一致；4處T型槽的左右兩側(cè)面均要在同一平面上。

3 工藝流程及調(diào)質(zhì)余量分析

3.1 工藝流程

毛坯檢驗-粗加工-UT探傷-調(diào)質(zhì)-半精加工-熱定型-氮化前除應(yīng)力-精加工-預(yù)裝配-車、磨精加工-檢驗-氮化-入庫。

3.2 調(diào)質(zhì)余量分析

主要是對零件加工余量的控制。經(jīng)過對幾個批次扇形板的實際測量和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在扇形板的工藝中，一般要求調(diào)質(zhì)前加工余量為8 mm，但是實際在銑加工斜面相交面處最大值往往有16～18 mm，扇形板的材質(zhì)為42CrMo，同時截面尺寸大，整體調(diào)質(zhì)HB260～280較難達(dá)到，如果所留余量過大，將很難保證表面硬度。為了避免這種情況的發(fā)生，決定采取以下措施：

(1)根據(jù)扇形板不同規(guī)格確定調(diào)質(zhì)前加工余量。具體如下：

L≤1000 mm，余量5 mm；

1000

1500≤L≤2000 mm，余量8 mm；

L>2000 mm，余量10 mm。

(2)外形輪廓在數(shù)控龍門銑上使用樣板加工，這樣可以使余量均勻一致。

(3)嚴(yán)格控制加工余量，保證調(diào)質(zhì)后硬度的均衡，防止出現(xiàn)軟帶區(qū)。

(4)調(diào)質(zhì)后劃線時，以外側(cè)圓弧為參照面，減少劃線時因借線而導(dǎo)致的實際余量增加。

3.3 調(diào)質(zhì)時的注意事項

由于材料淬透性差，避免冷卻油由于時間使用長、老化而導(dǎo)致淬火時冷卻性能差，造成扇形板淬火硬度層薄，在最終成品時表面硬度低。因此要求在扇形板熱處理時，必須確認(rèn)所使用的冷卻油的實際冷卻能力是否能達(dá)到扇形板的硬度要求。

4 加工的工藝措施及精度保證

4.1 改進(jìn)措施

(1)由于扇形板調(diào)質(zhì)后變形量大，且余量多為8～10 mm，因此，合理地選擇定位基準(zhǔn)尤為重要。以前是在外圓弧中間留一處100 mm寬的凸臺光出后作為定位基準(zhǔn)，但由于工件長、余量多容易引起扇形板變形彎曲；通過改進(jìn)，只要在凸臺兩頭和中間各留一處100 mm×100 mm的平面作為定位基準(zhǔn)，其余的余量同外圓弧半精加工時一起銑掉，避免了在精加工時因余量多而引起的工件變形。在半精加工過程中，扇形板的齒形、退刀槽、內(nèi)圓弧等都必須加工至成品，當(dāng)工件在龍門銑上水平裝夾加工時，由于主軸懸伸向下，退刀槽內(nèi)排屑比較困難，經(jīng)常導(dǎo)致刀片的磨損和報廢，所以冷卻非常重要；在加工時一般用風(fēng)管進(jìn)行吹掃，這樣大幅度降低了切削熱，另外還可以將鐵屑吹走，保護(hù)了刀具。

(2)如何保證扇形板關(guān)鍵尺寸誤差及重量誤差，也就是如何檢測從斜面到準(zhǔn)面的尺寸a。使用普通的量具無法直接進(jìn)行精確的測量，需借助于測量工裝；為此設(shè)計了一個測量塊，轉(zhuǎn)移測量基準(zhǔn)，可以直接準(zhǔn)確地測量出此尺寸(如圖2所示)。測量尺寸a，α=arctg(1/4)，則c=asinα，d=c-r；同樣，公差按三角法分配：δ=Δsinα。

將設(shè)計的測量塊置于基準(zhǔn)面的一側(cè)棱角上，并且將測量塊的直徑設(shè)計為d=20 mm，這樣測量就簡單了，只要用百分表測出測量塊最高點和被加工的斜面目標(biāo)落差，且誤差在0.01 mm之內(nèi)就達(dá)到了設(shè)計要求；這種測量方法從測量基準(zhǔn)到輔助加工面，只經(jīng)過一次基準(zhǔn)轉(zhuǎn)移，而且使用的測量工具也更加可靠，因而測量精度得到了保證，操作也簡單方便。

圖2 扇形板測量示意圖

(3)工件裝夾時應(yīng)用百分表裝夾，以免裝夾時引起工件彎曲。由于扇形板工件比較長，中間易彎曲，所以要在工件下面兩邊都放斜塊來調(diào)整夾緊力度。機(jī)加工時應(yīng)用百分表靠在工件旁，因精加工時裝夾不是很緊，這樣可以有效地觀察工件是否走動和變形。

圖3 扇形板截面圖

(5)斜槽的底面加工。在加工斜槽底面時，由于T型槽(如圖4所示)的表面粗糙度要求比較高，普通銑刀雖然也能達(dá)到圖紙要求，例如用焊接T型銑刀，轉(zhuǎn)速S只能放到500 r/min左右，走刀量F放到250 r/min，銑到后面的斜面時，由于刀具磨損不容易保證尺寸，這樣就要多銑一刀或者幾刀以保證工件的尺寸及粗糙度?，F(xiàn)在采用T型面刀盤，轉(zhuǎn)速S放到850 r/min，走刀量F放到500 r/min，刀片基本不會磨損，粗糙度也能保證(注：切削余量只能在0.1 mm之內(nèi))?，F(xiàn)在一般都會用Φ50 mm的焊接T型銑刀把槽底余量剩到0.05 mm，然后采用Φ50 mm的T型面刀盤進(jìn)行光刀。

圖4 T型槽圖

② 也可以采用18～35 mm的內(nèi)徑百分表來測量。

(6)冷卻。在機(jī)加工過程中零件會產(chǎn)生大量的切削熱，使材料殘余奧氏體分解，引起工件變形，嚴(yán)重時可導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，所以冷卻非常重要。在加工時一般用風(fēng)冷卻，這樣大幅度降低了切削熱；另外還可以將鐵屑吹走，保護(hù)了刀具使用壽命和工件加工表面光潔度。

4.2 改進(jìn)效果

通過以上各種加工方法的改進(jìn)，以及各種措施的落實，扇形板的加工流程和加工質(zhì)量得到了明顯的提高；至今未再出現(xiàn)過硬度偏低和變形等質(zhì)量事故。

5 結(jié)束語

通過加工試制和工藝調(diào)整及細(xì)化，很好地保證了扇形板的形位公差，為保證裝配質(zhì)量創(chuàng)造了很好的前提條件，已制定了標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程，形成了批量化生產(chǎn)。