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一種防止齒條熱處理的變形方法

2019-01-22

劉紅楓　黃浩
【中國有色（沈陽）冶金機械有限公司】

　　齒條是齒輪傳動部件的一種，是齒輪外徑趨于∞的一種特殊形式。通常情況下，扇形齒條在銑齒加工前將毛坯鍛成整個圓環(huán)，整體進行熱處理，熱處理消除應力后將鍛件圓環(huán)毛坯，按齒圈各道工序預留出加工留量，在立車上將扇形外形車成，為防止變形，車削完成后還需要進行消除應力的自然時效處理，之后再按圖樣實際尺寸切開，成為單個齒條，然后在進行銑齒加工。

　　1.技術(shù)分析
　　過去我們公司生產(chǎn)的齒條多為結(jié)構(gòu)件或鑄鋼件，齒條形狀多數(shù)為直線型，齒面硬度要求為240～280HBW。本次生產(chǎn)的齒條是船舶起重機浮吊上使用的傳動部件，齒條選用材質(zhì)為鍛件42CrMo，齒面硬度為290～320HBW，齒條外形為110°扇形齒面，訂貨數(shù)量為4件。

　　這種新結(jié)構(gòu)、硬齒面齒條加工在我公司屬首次生產(chǎn)，如果采用常規(guī)的鍛整圈毛坯的加工方法，三個齒條鍛成一個圓圈毛坯，3個齒條外形為330°，而整個鍛圈為360°，當逐個切割完畢后，有一個齒條會縮尺。如果采用兩個齒條鍛成一個圓圈毛坯，2個齒條外形為220°，4件齒條鍛成2個整圈毛坯，會造成50％的材料及加工浪費。同時由于整個扇形齒條外徑達5343mm（m=26，z=207，齒條外徑D=mz+2m），調(diào)質(zhì)時，需要有大型的熱處理設備（6.0m×5.5m）。

　　而目前公司設備無法滿足整個齒圈的整體毛坯調(diào)質(zhì)需要，為了降低材料及加工成本，提高公司現(xiàn)有設備使用率，如何在齒條的熱處理過程中，在保證齒條硬度的前提下，選擇合適形式的熱處理防變形，使齒條在熱處理時及之后應力釋放均勻，齒條變形量小，是該齒條加工的難點之一。為此，我們決定采用對單件齒條進行鍛造及加工和熱處理的工藝方法，確保齒條加工的質(zhì)量。

　　2.調(diào)質(zhì)前確定加工余量
　　為了防止齒條在熱處理過程中產(chǎn)生無法校正的變形，通過對齒條加工工藝方法的探討，結(jié)合熱處理工藝方法，保證單個齒條在調(diào)質(zhì)后具有足夠高的強度、硬度，良好的塑性和韌性及高的加工精度。

　　首先對齒條粗開齒后、熱處理前應力釋放后導致的變形進行檢測，根據(jù)變形情況選擇合適的加工余量。余量的選擇為：齒條采用粗開齒后進行調(diào)質(zhì)，齒側(cè)每面留8mm余量，齒底留有25mm余量，外圓每面留16mm，幅板上下端面分別留40mm、15mm余量，確保一旦發(fā)生變形后有足夠加工余量將變形量擬補，為后續(xù)加工提供了保障，圖1為齒條加工余量示意。

圖1

　　3.工藝方法
　?。?）平臺與擋板
　　齒條擺放的平臺采用鑄鐵件，鑄鐵平臺的特點是在加熱后進行油冷時，平臺熱變形小，這樣不會因平臺的變形造成齒條的變形，同時能確保齒條在淬火過程中產(chǎn)生的變形量Z小。

　　平臺上焊有6塊擋板，擋板采用Q235普通鋼板，規(guī)格為300mm×150mm×50mm，位置分布在沿齒條圓弧對稱焊接在平臺的橫梁上，齒條的弧頂兩側(cè)，齒條弧長的1/3處，以及齒條兩端，限制了齒條外延及弓度的變形，有效的防止了齒條在淬火時出現(xiàn)竄動。

　　圖2為齒條擺放平臺及擋板示意。

圖2

　　（2）拉筋
　　拉筋采用與齒條同材質(zhì)的鑄鋼件，因為鑄鋼件具有耐高溫、熱變形小的特點，在淬火過程中可以減小齒條產(chǎn)生變形。規(guī)格尺寸為：3700mm×200mm×150mm。拉筋與齒條的腹板組焊，保證齒條在整個熱處理過程中的平穩(wěn)及變形Z小。

　　（3）裝爐方式
　　將焊好拉筋的齒條擺放在平臺上，在平臺的橫梁上，沿齒條形狀焊上擋板，用硬質(zhì)耐火磚將拉筋墊起，并將齒條與平臺接觸位置墊實、墊平，然后將放有齒條的平臺，裝入到爐膛內(nèi)的均溫處，進行熱處理的加熱保溫。在淬火時，吊起平臺，與齒條同時淬入油中。

　　4.結(jié)語
　　該齒條加工防變形工藝方法在投入實用后，經(jīng)測量檢驗，齒條在整個調(diào)質(zhì)前后的各部分尺寸，均完全滿足后續(xù)精加工的需要，力學性能檢測，滿足圖樣技術(shù)要求。采用該方法加工齒條，有效的防止了齒條在熱處理過程中出現(xiàn)的嚴重扭曲變形；該工藝方法操作簡單，成本低、可重復利用在同類產(chǎn)品的熱處理過程中，利用率高，具有廣泛的推廣價值。

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志