CN102357784B - 一种高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种涉及机械制造领域高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的工艺先对大齿圈毛坯件进行粗加工制成四分之一齿圈，再对其进行热处理和对齿形进行粗加工，然后自然时效，自然时效后再对齿圈及齿部进行精加工，最后进行对滚实验以加工出需要的大齿圈；所述的工艺能够有效的解决大齿圈在加工过程中的壁厚一致性、变形控制、连接精度及齿形精度控制等方面的问题，从而加工制造出符合设计要求的大模数、高硬度、大直径和高精度的四分之一组合大齿圈。

Description

一种高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺

【技术领域】

本发明涉及机械制造领域，尤其是涉及一种高硬度和高精度的大直径四分之一组合大齿圈的加工制造工艺。

【背景技术】

公知的，国内使用的磨机齿圈主要以Φ5m以下的整体式结构居多，而对于Φ5m以上的磨机大齿圈，由于其在铸造、热处理技术及运输条件等方面的限制，因此多对其采用分瓣组合式结构；如今，传统的大齿圈结构形式多采用两瓣组合式，即二分之一组合齿圈结构，其直径一般在5～9m之间，齿幅宽度在350～800mm之间，热处理硬度HB=280～300，精度等级AGMA10，尺寸精度达到IT7级，齿面粗糙度Ra=6.3μm；这些二分之一组合结构大齿圈一般在普通镗铣床、立车及通用滚齿机上就能够加工完成，但随着磨机技术的迅速发展，随着传递功率、尺寸规格逐渐加大，同时由于二分之一组合结构的大齿圈受到热处理条件、运输条件和现场安装条件等方面限制的原因，为了满足大型磨机传动齿圈的设计和使用要求，四分之一组合结构形式的大齿圈就应运而生了；但是由于四分之一组合结构大齿圈的性能指标参数要求远远高于二分之一组合大齿圈的技术要求，即要求四分之一组合结构大齿圈的直径尺寸在10～14m之间，齿幅宽度达到900～1100mm，热处理硬度HB=320～350，精度等级AGMA10，尺寸精度达到IT7级，齿面粗糙度Ra=3.2μm，因此，通过传统的工艺方法很难制造出符合设计参数要求的高硬度大直径四分之一组合大齿圈，同时，因受各方面条件限制的原因，对于直径大于12m的大齿圈而言，目前国内还没有一种能够在加工过程中有效解决四分之一组合大齿圈的壁厚一致性、变形控制、连接精度及齿形精度控制等方面问题的制造工艺。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的工艺能够在加工制造过程中有效的解决大齿圈的壁厚一致性、变形控制、连接精度及齿形精度控制等方面的问题，从而加工制造出符合设计要求的高硬度、大直径和高精度的四分之一组合大齿圈。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的工艺流程如下：

A、先加工出相应直径大齿圈的毛坯件，然后利用加工机床对毛坯件的内、外圆、结合面及连接孔进行粗加工制成四件四分之一齿圈；

B、对粗加工后的四分之一齿圈进行热处理，要求加热温度至860±10°后保温并回火至540°，然后在保证图纸要求的硬度及机械性能的前提下，消除毛坯的内应力至热处理结束；

C、在匹配的铣齿机上采用硬质合金刀对热处理后的四分之一齿圈的齿形进行粗加工；

D、拆开四件四分之一齿圈自然时效一星期以上；

E、选用匹配的高精度机床，在严格控制四件四分之一大齿圈连接精度的前提下，对自然时效后的四分之一齿圈的内圆、外圆、结合面及连接孔进行精加工； 

F、选用匹配的数控滚齿机，采用硬质合金滚刀，通过多次模拟实验完成对四分之一齿圈齿部的精加工，要求达到齿轮精度AGMA10及齿面粗糙度Ra3.2；

G、在机床上用四分之一齿圈与配对相啮合的小齿轮轴进行对滚实验，验证四分之一组合大齿圈与相啮合齿轮轴的接触精度,要求齿长方向达到70～80％，齿高方向达到50～60％；

H、流程结束，对滚实验合格的四分之一齿圈即为合格产品。

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的A步骤中对大齿圈毛坯件的内、外圆、结合面及连接孔进行粗加工的操作如下：先在铸造四分之一大齿圈非补贴端面按不加工内圆确定齿圈的中心位置，确保四件四分之一齿圈内轮缘处的壁厚均匀一致，并以此基准划结合面90°中心线及45°对称中心线，同时兼顾筋板的分布对称均匀性，最终确定内外圆加工线，然后将结合面加工安排在高精度数控龙门镗铣床上进行；操作时首先将两件四分之一齿圈相互之间对应的90°结合面铣成，再以中心线及中心平面线为基准，将成对的四分之一齿圈内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，预钻结合面上各连接孔，然后将这两件四分之一齿圈组成二分之一半齿圈，再将组合成的二分之一半齿圈叠放同时加工铣成180°结合面，再预钻180°结合面上的各连接孔。

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述C步骤中的硬质合金刀优选为硬质合金盘形铣刀，切削时的转速为500r/min，走刀进给量为400mm/min，切削深度为0.2～0.3mm。

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的E步骤中对自然时效后的四分之一齿圈的内圆、外圆、结合面及连接孔进行精加工的操作如下：在精铣四件四分之一齿圈中任一件的90°结合面时，要求成对的四分之一齿圈同相位叠放同时加工，并严格控制结合面的角度一致性；在精车内外圆时，控制四分之一齿圈的90°结合面与工作台中心重合度误差＜0.5mm，使每两件四分之一大齿圈结合面之间的间隙均小于0.04mm，且在任一结合处做塞尺检查时进入的深度均不超过25mm，此外，同时采取在齿幅两端车检查找正带，检查员配合检查测量四分之一齿圈四弧长一致；然后在数控立车上按中心线及中心平面线为基准原则，车出四分之一齿圈半精车定位基准，再次将两件四分之一齿圈叠放，使其基准端面相对定位精铣结合面，将内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，分别精镗四分之一齿圈上各连接孔，同时选择转速为400r/min的高速切削，走刀进给量为0.1～0.15mm/r，切削深度为0.2～0.25mm，最后按加工好的精制孔配磨连接件的配合面。

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述F步骤中的硬质合金滚刀优选为机夹硬质合金滚刀，在对四分之一齿圈的齿部精加工过程中，按精车时的精基准要求严格控制90°结合面与工作台中心重合度误差，使四分之一齿圈的结合面精度与精车状态保持一致，同时严格按整体齿圈的四条结合缝对刀，且结合缝两面吃刀均匀，误差控制在0.50mm，切削时转速为50-60r/min，走刀进给量为2mm/r，切削深度为0.4～0.5mm。

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，所述的每两件四分之一齿圈相互之间的连接均采用普通螺栓与精制螺栓同时连接的方式，即每一处连接法兰均由8-12组螺栓连接，且每一处的连接边缘均对称连接有4组精制螺栓，其连接孔与连接件之间为小间隙配合，配合公差为H7/h6。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺不但加工精度高、生产效率高，而且容易实施和安全环保，所述的工艺通过在加工过程中有效消除铸造应力及机械加工应力来控制大齿圈的变形，并最终有效的保证了大齿圈的壁厚一致性、连接精度及齿形精度，从而有效的解决了大齿圈的壁厚一致性、变形控制、连接精度及齿形精度控制等方面的问题，进而加工制造出符合设计要求的大模数、高硬度、大直径和高精度的四分之一组合大齿圈。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；

所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺流程如下：

A、先加工出相应直径大齿圈的毛坯件，然后利用加工机床对毛坯件的内、外圆、结合面及连接孔进行粗加工制成四件四分之一齿圈；为了保证四分之一大齿圈各截面等强度，在加工过程中控制四件四分之一大齿圈壁厚的均匀一致性就至关重要，由于四分之一大齿圈是由四件四分之一齿圈组合成整圆，每一件四分之一齿圈的两结合面之间夹角均为90°，所以在实际加工中需要同时控制八个结合面精度；理论上当四件四分之一齿圈中每两齿圈结合面之间夹角的角度累计误差为零时，才能最终保证组成完全对称的正整圆，但在实际加工中，角度误差在所难免，为使该角度误差减小到最小值，毛坯第一次划线的基准选择至关重要，因此粗加工时要先在铸造四分之一大齿圈非补贴端面按不加工内圆确定齿圈的中心位置，确保四件四分之一齿圈内轮缘处的壁厚均匀一致，并以此基准划结合面90°中心线及45°对称中心线，同时兼顾筋板的分布对称均匀性，最终确定内外圆加工线，然后将结合面加工安排在高精度数控龙门镗铣床上进行；

操作时首先将两件四分之一齿圈相互之间对应的90°结合面铣成，再以中心线及中心平面线为基准，将成对的四分之一齿圈内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，预钻结合面上各连接孔，然后将这两件四分之一齿圈组成二分之一半齿圈，再将组合成的二分之一半齿圈叠放同时加工铣成180°结合面，即将四件四分之一齿圈的八个结合面加工过程简化为由两件二分之一齿圈加工组成整圆大齿圈的工艺过程，从而解决了分别加工四件四分之一齿圈的八个结合面时因累积误差造成的四弧长不一致及壁厚的不均匀性；当齿圈的180°结合面粗加工完毕后再在结合面上预钻相应的各个连接孔；

B、对粗加工后的四分之一齿圈进行热处理，要求加热温度至860±10°后保温并回火至540°，然后在保证图纸要求的硬度及机械性能的前提下，消除毛坯的内应力至热处理结束，即通过热处理来消除铸造应力及机械加工应力，从而有效的控制大齿圈变形；

C、在匹配的铣齿机上采用硬质合金刀对热处理后的四分之一齿圈的齿形进行粗加工；由于普通盘铣刀刀具廓形为直线，在粗铣齿时容易使得齿根、齿顶与分度圆附近留量不均匀，后续进行滚齿加工时，滚刀齿顶和根部磨损和冲击较大，影响滚齿精度和效率，而硬质合金盘形铣刀刀具廓形为近似渐开线，粗开齿时使得齿面留量均匀一致，减小了后续滚齿加工对滚刀的冲击和磨损，能够提高滚齿精度，因此所述的硬质合金刀优选为硬质合金盘形铣刀，加工过程中的切削转速为500r/min，走刀进给量为400mm/min，切削深度为0.2～0.3mm，从而保证四分之一大齿圈表面粗糙度达到Ra=3.2μm～Ra1.6μm，进而提高了四分之一大齿圈结合面接触精度，保证了四分之一大齿圈壁厚一致性，并再次的控制了大齿圈变形；

D、拆开四件四分之一齿圈自然时效一星期以上，以充分释放并消除铸造应力及机械加工应力，从而达到最大化控制大齿圈变形的目的；

E、选用匹配的高精度机床，在严格控制四件四分之一大齿圈连接精度的前提下，对自然时效后的四分之一齿圈的内圆、外圆、结合面及连接孔进行精加工；在精铣四件四分之一齿圈中任一件的90°结合面时，要求成对的四分之一齿圈同相位叠放同时加工，并严格控制结合面的角度一致性；在精车内外圆时，控制四分之一齿圈的90°结合面与工作台中心重合度误差＜0.5mm，使每两件四分之一大齿圈结合面之间的间隙均小于0.04mm，且在任一结合处做塞尺检查时进入的深度均不超过25mm，从而有效的消除了四分之一齿圈的变形量，保证了磨机大齿圈的运转平稳性；

此外，同时采取在齿幅两端车检查找正带，检查员配合检查测量四分之一齿圈四弧长一致，从而保证四件四分之一齿圈对中及壁厚一致性；然后在数控立车上按中心线及中心平面线为基准原则，车出四分之一齿圈半精车定位基准，再次将两件四分之一齿圈叠放，使其基准端面相对定位精铣结合面，将内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，分别精镗四分之一齿圈上各个用于连接螺栓的连接孔，同时选择转速为400r/min的高速切削，走刀进给量为0.1～0.15mm/r，切削深度为0.2～0.25mm，从而不但最大限度地减少了切削应力变形，提高了工件的表面加工精度及质量，而且有效的减少了工件内应力，将大齿圈的变形量控制在0.10～0.15mm之间，当完成上述操作后按加工好的精制螺栓孔配磨连接件的配合面，即有效的保证了四分之一齿圈结合面联接孔的加工精度；

F、选用匹配的数控滚齿机，采用硬质合金滚刀，通过多次模拟实验完成对四分之一齿圈齿部的精加工，要求达到齿轮精度AGMA10及齿面粗糙度Ra3.2；所述的硬质合金滚刀优选为具有高韧性、抗边界磨损和积屑瘤等特点的机夹硬质合金滚刀，在对四分之一齿圈的齿部精加工过程中，按精车时的精基准要求严格控制90°结合面与工作台中心重合度误差，使四分之一齿圈的结合面精度与精车状态保持一致，同时严格按整体齿圈的四条结合缝对刀，且结合缝两面吃刀均匀，误差控制在0.50mm，切削时转速为50-60r/min，走刀进给量为2mm/r，切削深度为0.4～0.5mm，从而有效的保证了齿形精度及齿面粗糙度Ra=3.2μm；

G、在机床上用四分之一齿圈与配对相啮合的小齿轮轴进行对滚实验，验证四分之一组合大齿圈与相啮合齿轮轴的接触精度,要求齿长方向达到70～80％，齿高方向达到50～60％；

H、流程结束，对滚实验合格的四分之一齿圈即为合格产品。

实施本发明所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺时，只需按上述步骤操作即能加工出高硬度大直径四分之一组合大齿圈；当需要将制造出的四件四分之一齿圈装配成整体大齿圈时，采用普通螺栓与精制螺栓同时连接的方式连接每两件四分之一齿圈相互之间对应的结合面，即每两件四分之一齿圈对应的的连接法兰处均由8-12组螺栓连接，且连接法兰的连接边缘对称连接有4组精制螺栓，其用于连接螺栓的连接孔与连接件之间为小间隙配合，配合公差为H7/h6。

以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。

Claims (4)

1.一种高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，其特征是：所述的工艺流程如下：

A、先加工出相应直径大齿圈的毛坯件，然后利用加工机床对毛坯件的内、外圆、结合面及连接孔进行粗加工制成四件四分之一齿圈，即先在铸造四分之一大齿圈非补贴端面按不加工内圆确定齿圈的中心位置，确保四件四分之一齿圈内轮缘处的壁厚均匀一致，并以此基准划结合面90°中心线及45°对称中心线，同时兼顾筋板的分布对称均匀性，最终确定内外圆加工线，然后将结合面加工安排在高精度数控龙门镗铣床上进行；操作时首先将两件四分之一齿圈相互之间对应的90°结合面铣成，再以中心线及中心平面线为基准，将成对的四分之一齿圈内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，预钻结合面上各连接孔，然后将这两件四分之一齿圈组成二分之一半齿圈，再将组合成的二分之一半齿圈叠放同时加工铣成180°结合面，再预钻180°结合面上的各连接孔；

B、对粗加工后的四分之一齿圈进行热处理，要求加热温度至860±10°后保温并回火至540°，然后在保证图纸要求的硬度及机械性能的前提下，消除毛坯的内应力至热处理结束；

C、在匹配的铣齿机上采用硬质合金刀对热处理后的四分之一齿圈的齿形进行粗加工；

D、拆开四件四分之一齿圈自然时效一星期以上；

E、选用匹配的高精度机床，在严格控制四件四分之一大齿圈连接精度的前提下，对自然时效后的四分之一齿圈的内圆、外圆、结合面及连接孔进行精加工，即在精铣四件四分之一齿圈中任一件的90°结合面时，要求成对的四分之一齿圈同相位叠放同时加工，并严格控制结合面的角度一致性；在精车内外圆时，控制四分之一齿圈的90°结合面与工作台中心重合度误差＜0.5mm，使每两件四分之一大齿圈结合面之间的间隙均小于0.04mm，且在任一结合处做塞尺检查时进入的深度均不超过25mm，此外，同时采取在齿幅两端车检查找正带，检查员配合检查测量四分之一齿圈四弧长一致；然后在数控立车上按中心线及中心平面线为基准原则，车出四分之一齿圈半精车定位基准，再次将两件四分之一齿圈叠放，使其基准端面相对定位精铣结合面，将内外圆线及齿幅两端面线引至结合面，分别精镗四分之一齿圈上各连接孔，同时选择转速为400r/min的高速切削，走刀进给量为0.1～0.15mm/r，切削深度为0.2～0.25mm，最后按加工好的精制孔配磨连接件的配合面；

F、选用匹配的数控滚齿机，采用硬质合金滚刀，通过多次模拟实验完成对四分之一齿圈齿部的精加工，要求达到齿轮精度AGMA10及齿面粗糙度Ra3.2；

G、在机床上用四分之一齿圈与配对相啮合的小齿轮轴进行对滚实验，验证四分之一组合大齿圈与相啮合齿轮轴的接触精度,要求齿长方向达到70～80％，齿高方向达到50～60％；

H、流程结束，对滚实验合格的四分之一齿圈即为合格产品。

2.根据权利要求1所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，其特征是：所述C步骤中的硬质合金刀优选为硬质合金盘形铣刀，切削时的转速为500r/min，走刀进给量为400mm/min，切削深度为0.2～0.3mm。

3.根据权利要求1所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，其特征是：所述F步骤中的硬质合金滚刀优选为机夹硬质合金滚刀，在对四分之一齿圈的齿部精加工过程中，按精车时的精基准要求严格控制90°结合面与工作台中心重合度误差，使四分之一齿圈的结合面精度与精车状态保持一致，同时严格按整体齿圈的四条结合缝对刀，且结合缝两面吃刀均匀，误差控制在0.50mm，切削时转速为50-60r/min，走刀进给量为2mm/r，切削深度为0.4～0.5mm。

4.根据权利要求1所述的高硬度大直径四分之一组合大齿圈的制造工艺，其特征是：所述的每两件四分之一齿圈相互之间的连接均采用普通螺栓与精制螺栓同时连接的方式，即每一处连接法兰均由8-12组螺栓连接，且每一处的连接边缘均对称连接有4组精制螺栓，其连接孔与连接件之间为小间隙配合，配合公差为H7/h6。