柴油機鋼曲軸飛輪端齒輪的加工

張英 王亭 任東軍

摘? 要：本文主要介紹該結(jié)構(gòu)齒輪的加工路線及需要解決的有關(guān)變形、滲碳層及齒面硬度的保證。

關(guān)鍵詞：變形1;線切割2;熱處理3;滲碳層4

Abstract：This paper mainly introduces the processing route of the structure gear and the relevant deformation，carburization layer and tooth surface hardness guarantee.

一.前言

某機型柴油機曲軸飛輪端齒輪，是我廠新開發(fā)的鋼曲軸柴油機所采用的硬齒面加工齒輪。該結(jié)構(gòu)齒輪的加工，目前在我國有關(guān)刊物上還沒有查閱到該結(jié)構(gòu)齒輪要求的加工介紹，眾所周知中低速柴油機的飛輪端齒輪，其常見的結(jié)構(gòu)為兩半圓形的齒輪，俗稱哈夫齒輪。該結(jié)構(gòu)齒輪的復(fù)圓形式有兩種：一種是用螺栓把緊;另一種是用卡箍擠壓把緊。在這里我們主要對用卡箍擠壓把緊的哈夫齒輪進(jìn)行一下加工方面的探討。

二.硬齒面哈夫齒輪的要求

硬齒面哈夫齒輪的材料20CrMnMo，齒面滲碳深度為1.5～2.0mm，齒面硬度HRC50～55，齒輪精度等級7級，模數(shù)m=6，哈夫面對內(nèi)孔中心線的位置度為0.5 mm，哈夫面的平面度為0.02mm，哈夫面的表面粗糙度Ra0.8。其它要求及結(jié)構(gòu)見圖所示。

三.加工分析及要解決的問題

從上圖所示的結(jié)構(gòu)看，它與進(jìn)口柴油機的大發(fā)機曲軸飛輪端齒輪的結(jié)構(gòu)基本上一樣。而進(jìn)口柴油機的該齒輪是氮化鋼，從加工工藝方面上是有著很大的區(qū)別。由于我廠這種齒輪的要求是齒面滲碳淬硬，一般的工藝方法是在銑為兩半后粗滾齒，齒面滲碳，去碳層再淬硬。這樣兩半齒輪的變形是非常大的，變形量高達(dá)0.3～0.4mm，從熱處理方面是無法解決的。如果變形問題解決不了的話，齒面滲碳層及其硬度要求也就難以保證。

從加工效率和成本方面看，該齒輪采用不同的工藝，其加工效率和成本是有很大的區(qū)別。像這類齒輪，我們通常采用：鍛造→正火→粗車→劃線→銑成兩半→修哈夫面→劃線→鉆孔→把螺栓（工藝螺栓）→半精加工→粗滾齒→插圓角→滲碳處理→半精加工去碳層→熱處理淬硬→噴砂處理→修哈夫面→鉗工對把→精加工→磨外圓→精滾齒→其它部位加工→車兩端至圖紙要求。采用這一工藝，除了解決淬硬變形外，還要解決因齒輪加工好后車去把緊兩半齒輪用的工藝凸臺部分。因為該齒輪的結(jié)構(gòu)特殊性，工藝凸臺部分的寬度約是齒輪寬度的3～4倍，而且還不好安排工藝凸臺，更不利于齒形的加工和內(nèi)孔的加工。也就是說采用這樣的工藝方案，不論是加工問題還是解決因熱處理及切削而引起的工件變形，都是不利于工件的生產(chǎn)、生產(chǎn)成本的降低、生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。

如何解決上述問題，首先要解決變形問題，其次還要考慮生產(chǎn)及生產(chǎn)成本問題。經(jīng)過我們分析和探索，在加工過程中采用特種加工：線切割，以及電焊和多次熱處理的方法，成功地解決了上述問題。

四.加工工藝及需要注意的事項

我們經(jīng)過多次試驗和探索，最后采用了下面的工藝路線：鍛造→正火處理→粗車各面→粗滾齒形→插圓角→滲碳處理（2.2～2.7mm）→半精加工去碳層→熱處理淬硬→噴砂處理→半精加工（非基準(zhǔn)面打標(biāo)記）→熱處理消除內(nèi)應(yīng)力→線切割成兩半（非基準(zhǔn)面打標(biāo)記）→修研哈夫面→加工焊接坡口→鉗工對把→焊接坡口→檢驗→精加工→磨外圓→精滾齒→其它部位加工→熱處理消除內(nèi)應(yīng)力→車兩端至圖紙要求。

在執(zhí)行該工藝時首先要防止線切割成兩半后齒輪的變形和加工成成品后兩半齒輪分離后的變形。我們都知道，一個薄形的圓環(huán)被分割成兩個半圓環(huán)會造成工件的內(nèi)縮或外漲，而造成這種現(xiàn)象的原因是工件存在內(nèi)應(yīng)力，只要將內(nèi)應(yīng)力消除了，變形也就會消除。所以我們在線切割工序前增加了一道熱處理消除內(nèi)應(yīng)力工序，溫度在500℃左右的去應(yīng)力退火處理。切開后齒輪的變形很小<0.1mm，經(jīng)過鉗工修研，重新將齒輪用焊接的方式焊接在一起，進(jìn)行后續(xù)工作的加工。但當(dāng)齒輪再次分開時，齒輪的變形又使齒輪成為廢品。經(jīng)過分析認(rèn)為這是由于在加工過程中，產(chǎn)生切削熱和夾緊受力所造成的。因此我們在齒輪分開前，又進(jìn)行了一次低溫去應(yīng)力處理，加之在加工中注意夾緊力的大小和加工工步順序的控制，有效地控制了工件的變形問題，測量公法線長度誤差<0.015mm其他指標(biāo)也在公差范圍內(nèi)，完全達(dá)到了我們預(yù)期的效果。

其次，在加工過程中還要注意線切割的質(zhì)量。線切割的寬度以及線切割的面與加工工藝基準(zhǔn)的垂直度大小都直接影響著零件的質(zhì)量。線切割的面一定要與加工工藝基準(zhǔn)的垂直，而線切割的寬度過寬直接關(guān)系著滲碳層的深度。滲碳層的深度過深會使齒輪的韌性不好，成本也會增加。線切割的寬度過窄，對線切割鉬絲的要求也越細(xì)，其加工成本也會成倍增加。經(jīng)過多次試驗和分析后，我們發(fā)現(xiàn)工藝要求滲碳層的深度與線切割的寬度及哈夫面的修研量有直接且成正比的關(guān)系，最后認(rèn)為線切割的鉬絲控制在0.08～0.14mm之間為最佳。

第三，在加工過程中還要注意焊接前鉗工對接時的錯位，其誤差最好控制在0.05mm之內(nèi)以及切割前要打配對標(biāo)記防止裝錯面。造成不必要的廢品。在這里還要控制鉗工修研哈夫面量在〈0.1mm內(nèi)。這是因為齒輪錯位會直接影響齒輪滲碳層的深度，造成齒輪的一個齒面切不著，而另一齒面將滲碳層切掉，使齒輪成為廢品。我們在控制錯位方面采取了以下幾方面的措施。一是在線切割前將非基準(zhǔn)面作了標(biāo)記，線切割后在非基準(zhǔn)面上打配對標(biāo)記，以防混淆各個零件。二是在鉗工修研哈夫面時，注意配對齒輪互研方向，不能研錯。修研哈夫面的量也要控制在0.1mm（單面）。否則會產(chǎn)生齒形相對端面及內(nèi)孔的嚴(yán)重傾斜和錯位，造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。三是檢查零件基準(zhǔn)端面（無配對標(biāo)記面）無毛刺和碰傷后，并放置一個工作平臺上。先用專用夾子輕夾，再用較大的游標(biāo)卡尺將兩半齒輪沿哈夫面方向一卡，檢查接合面錯位情況，用手感無明顯錯位后，將專用夾子把牢。之后將兩半齒輪沿焊接坡口焊接。此種對裝方法既簡單又方便快捷。

五.小結(jié)

該結(jié)構(gòu)型式的硬齒面齒輪，在加工方面還有諸多方法。其加工要根據(jù)實際情況，以確保零件加工精度，盡量縮短加工路線，提高生產(chǎn)率。在采用本文介紹的加工路線時要特別注意的是：線切割的寬度及工藝基準(zhǔn)、配對標(biāo)記、鉗工對裝錯位的控制和熱處理消除內(nèi)應(yīng)力及裝夾防止變形等問題。

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