鋁合金齒輪箱立式裝爐熱處理工藝研究

馬連喜，鄭業(yè)方，姜影，趙彥民

株洲中車天力鍛業(yè)有限公司 湖南株洲 412001

1 序言

齒輪箱是機(jī)車重要部件之一。箱體材質(zhì)一般采用鑄造鋁合金，可達(dá)到減小列車簧下質(zhì)量、減少列車對鋼軌的磨耗和損傷[1]、降低軌道養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的目的，對進(jìn)一步減輕振動(dòng)、降低噪聲、提高乘坐舒適度也會(huì)產(chǎn)生良好效果[2]。而鑄造鋁合金組織較粗大，存在著枝晶間偏析及針狀和片狀的金屬間化合物，因此一般不能直接使用，必須通過熱處理工藝，改善其組織狀態(tài)，得到所需要的強(qiáng)度以及伸長率等[3]。

株洲中車天力鍛業(yè)有限公司的鋁合金齒輪箱上下箱體產(chǎn)品采用Al-7Si-0.3Mg鋁合金，齒輪箱外輪廓尺寸上箱體為1461mm×511mm×402mm，下箱體為1354mm×686mm×402mm；最小壁厚為10mm，最大壁厚為84mm[4]，熱處理后要求變形量不應(yīng)影響到精加工后齒輪箱合箱。在考慮確定零件的裝夾擺放方式時(shí)，要根據(jù)零件的形狀、結(jié)構(gòu)具體分析，并通過工藝試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)[5]。因此，齒輪箱熱處理過程中需謹(jǐn)慎裝架，否則易使產(chǎn)品發(fā)生變形而報(bào)廢。一般常規(guī)熱處理采用臥式裝爐，但因設(shè)備、工裝所限，每爐只能裝載4件，生產(chǎn)效率低，且不利于節(jié)能降耗，而采用立式裝爐可節(jié)約空間，裝載6件，裝爐量提高50%，故開展齒輪箱立式裝爐熱處理工藝研究。

2 齒輪箱立式熱處理工藝試驗(yàn)

2.1 兩件齒輪箱工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)方法及過程 進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品編號(hào)為上箱體和下箱體，將齒輪箱上下箱體結(jié)合面加工成平面后，在指定位置打鋼印注明（見圖1），并對其相互之間的距離在熱處理前后進(jìn)行記錄。放入力學(xué)性能試塊。熱處理后采用測變形樣板進(jìn)行檢測，并將產(chǎn)品置于檢測平臺(tái)上，利用塞尺檢測其平整度。

（2）裝爐方式及過程 一爐裝上下箱體一對，立式放置，底端平整放在底架格層，整體利用鐵絲在工裝內(nèi)固定位置，區(qū)別于以往的臥式裝爐方式，如圖2所示。

圖1 鋼印位置

圖2 裝爐方式

（3）試驗(yàn)結(jié)果及分析 在齒輪箱進(jìn)行固溶前后對鋼印位置之間的距離進(jìn)行記錄，見表1。不同裝爐方式熱處理后的力學(xué)性能對比見表2。

從表2可以看出，立式與臥式裝爐力學(xué)性能相近，均滿足產(chǎn)品要求，產(chǎn)品裝爐方式對齒輪箱力學(xué)性能影響較小。

在變形量檢測完畢后，將齒輪箱置于檢測平臺(tái)上，利用塞尺測量齒輪箱合箱平面與檢測平臺(tái)之間的空隙，確定其平整度。具體檢測過程、檢測結(jié)果如圖3～圖5所示。

表1 齒輪箱變形量統(tǒng)計(jì)

表2 齒輪箱力學(xué)性能對比

在平整度檢測結(jié)果中，可以看出齒輪箱平面上變形不規(guī)律，且變形量較小，最大差值為1.2mm。在檢測結(jié)束后，將產(chǎn)品送回客戶單位進(jìn)入下一跟蹤流程，經(jīng)客戶確認(rèn)后產(chǎn)品變形量在可加工范圍內(nèi)，并符合后續(xù)加工要求。

圖3 齒輪箱臥式在線檢測

圖4 利用塞尺檢測平整度

圖5 下箱體平整度數(shù)據(jù)

2.2 齒輪箱滿爐裝載工藝試驗(yàn)

通過兩件齒輪箱立式固溶試驗(yàn)，證明立式固溶齒輪箱的變形量在可加工范圍內(nèi)，對后續(xù)加工沒有影響?，F(xiàn)增大產(chǎn)品裝爐量，模擬正常生產(chǎn)，裝滿6件齒輪箱產(chǎn)品進(jìn)行立式裝爐熱處理試驗(yàn)，完工后進(jìn)行變形量檢測，驗(yàn)證其可行性。

（1）試驗(yàn)方法及過程 先將6件齒輪箱采用立式裝爐的方式置于工裝中，然后進(jìn)行固溶時(shí)效處理。待熱處理后，與客戶方一起利用檢測樣板對其進(jìn)行檢測。試驗(yàn)的產(chǎn)品采用一爐裝上下箱體三對，上下箱體平面相對立式放置，底端平整放在底架格層，利用鋼板保證其平整度，整體利用鐵絲在工裝內(nèi)固定位置，如圖6所示。

圖6 三對齒輪箱裝爐方式

在鋁合金齒輪箱裝爐前，用檢測模板對齒輪箱箱體進(jìn)行檢測，確定來料齒輪箱不存在鑄造變形。來料符合加工要求后，按上述裝爐方式進(jìn)行裝爐，依照正常熱處理工藝進(jìn)行固溶時(shí)效，待熱處理后，送往客戶單位進(jìn)行加工、打磨等工序，然后利用變形量檢測樣板對其進(jìn)行檢測。結(jié)果證明，6件齒輪箱箱體變形量全部在模板要求范圍內(nèi)，符合后續(xù)產(chǎn)品加工要求。

（2）熱處理力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果 從表3可以看出，立式與臥式裝爐時(shí)力學(xué)性能相近，均滿足產(chǎn)品要求，產(chǎn)品裝爐方式對齒輪箱力學(xué)性能影響較小。

表3 齒輪箱力學(xué)性能對比

齒輪箱滿爐裝載條件下對立式固溶時(shí)效處理的結(jié)果進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證，確定按規(guī)定裝爐方式進(jìn)行裝爐時(shí)，能夠滿足產(chǎn)品技術(shù)條件及變形量要求。

但此種生產(chǎn)作業(yè)方式，在大批量生產(chǎn)過程中，需要保證產(chǎn)品底部著力均勻，產(chǎn)品之間或產(chǎn)品與工裝之間不能存在擠壓現(xiàn)象，否則仍可造成變形，因此對班組操作人員的裝爐操作提出了較高要求。

3 結(jié)束語

在齒輪箱箱體的立式熱處理工藝試驗(yàn)中，產(chǎn)品變形量及平面度最大值為1.2mm，滿足后續(xù)加工需求。在保證產(chǎn)品底部受力均勻，產(chǎn)品表面在工裝中不存在明顯擠壓及磕碰的前提下，齒輪箱立式裝爐熱處理的變形量及合箱面平整度均能夠滿足產(chǎn)品后續(xù)加工要求，且性能滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。