一種防止齒條熱處理的變形方法
齒條是齒輪傳動(dòng)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(gè)圓環(huán)，整體進(jìn)行熱處理，熱處理消除應(yīng)力后將鍛件圓環(huán)毛坯，按齒圈各道工序預(yù)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(jìn)行消除應(yīng)力的自然時(shí)效處理，之后再按圖樣實(shí)際尺寸切開，成為單個(gè)齒條，然后在進(jìn)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(jī)浮吊上使用的傳動(dòng)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(gè)齒條鍛成一個(gè)圓圈毛坯，3個(gè)齒條外形為330°，而整個(gè)鍛圈為360°，當(dāng)逐個(gè)切割完畢后，有一個(gè)齒條會(huì)縮尺。如果采用兩個(gè)齒條鍛成一個(gè)圓圈毛坯，2個(gè)齒條外形為220°，4件齒條鍛成2個(gè)整圈毛坯，會(huì)造成50％的材料及加工浪費(fèi)。同時(shí)由于整個(gè)扇形齒條外徑達(dá)5343mm（m=26，z=207，齒條外徑D= mz+2m），調(diào)質(zhì)時(shí)，需要有大型的熱處理設(shè)備（6.0m×5.5m）。
而目前公司設(shè)備無法滿足整個(gè)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(shè)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(shí)及之后應(yīng)力釋放均勻，齒條變形量小，是該齒條加工的難點(diǎn)之一。為此，我們決定采用對(duì)單件齒條進(jìn)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(duì)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(gè)齒條在調(diào)質(zhì)后具有足夠高的強(qiáng)度、硬度，良好的塑性和韌性及高的加工精度。
首先對(duì)齒條粗開齒后、熱處理前應(yīng)力釋放后導(dǎo)致的變形進(jìn)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(jìn)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(bǔ)，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
（1）平臺(tái)與擋板
齒條擺放的平臺(tái)采用鑄鐵件，鑄鐵平臺(tái)的特點(diǎn)是在加熱后進(jìn)行油冷時(shí)，平臺(tái)熱變形小，這樣不會(huì)因平臺(tái)的變形造成齒條的變形，同時(shí)能確保齒條在淬火過程中產(chǎn)生的變形量最小。
平臺(tái)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(duì)稱焊接在平臺(tái)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(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)。
圖2為齒條擺放平臺(tái)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?yàn)殍T鋼件具有耐高溫、熱變形小的特點(diǎn)，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(gè)熱處理過程中的平穩(wěn)及變形最小。
（3）裝爐方式
將焊好拉筋的齒條擺放在平臺(tái)上，在平臺(tái)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(tái)接觸位置墊實(shí)、墊平，然后將放有齒條的平臺(tái)，裝入到爐膛內(nèi)的均溫處，進(jìn)行熱處理的加熱保溫。在淬火時(shí)，吊起平臺(tái)，與齒條同時(shí)淬入油中。
4.結(jié)語
該齒條加工防變形工藝方法在投入實(shí)用后，經(jīng)測量檢驗(yàn)，齒條在整個(gè)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(xué)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(yán)重扭曲變形；該工藝方法操作簡單，成本低、可重復(fù)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(jià)值。
作者：劉紅楓、黃浩
單位：中國有色（沈陽）冶金機(jī)械有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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