CN109500152A - 一种齿圈校圆方法及工装 - Google Patents

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解明雨
刘志远
党军玲
唐治恒
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Abstract

本发明公开了一种齿圈校圆方法及工装。本发明针对大直径薄壁齿圈在加工中往往产生变形的问题，提出了一种齿圈校圆的方法和用于校圆的十字工装，将十字工装和齿轮内圈装配在一起，通过调整十字工装的第一臂的过盈量，将变形的齿圈撑到到合适的圆度，然后进行回火处理，回火温度为200‑250℃，加热时间为8‑12h，然后再经过出炉冷却、齿圈变形再次测量工序，最后进行回火稳定尺寸后完成整个齿圈校圆工序。本发明能有效对齿轮进行校圆达到加工技术要求，同时能有效去除部分内应力，提高了齿轮的使用寿命。

Description

一种齿圈校圆方法及工装
技术领域
本发明涉及一种齿轮加工技术，特别涉及一种齿圈校圆方法及工装。
背景技术
感应淬火是热处理方法中变形量较小的工艺方法，但薄壁大型零件齿部淬火组织应力、热应力和机加应力的叠加变形还是对零件后续加工产生很大影响。一种直径2-4m，壁厚仅为60-150mm的薄壁齿圈，加工工序为：机加-滚齿-齿面感应淬火-磨齿根-轨道感应淬火-车-磨齿-终检。该类薄壁齿圈齿部感应淬火后存在热应力和组织应力作用，加上后续磨齿根的机加应力叠加，导致薄壁齿圈出现椭圆变形，椭圆变形量大于一定值后，零件无法进行后续的磨齿加工，必须进行校圆处理。目前常规的齿圈变形校正方法，采用内涨圈形式对齿圈进行物理校圆，具有内应力消除效果不好以及工装结构复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的齿圈中内应力消除效果不好的问题，提供一种齿圈校圆方法及工装，具有消除齿圈中内应力好的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种工装，包括支撑盘、两条第一臂、两条第二臂、4个支撑块和4个顶块；两条第一臂对称地焊接在支撑盘上，两条第二臂对称地焊接在支撑盘上，两条第一臂和两条第二臂呈十字交叉结构布置，每个第二臂和每个第一臂的端部各焊接有一个支撑块，每个支撑块上布置有可伸缩机构，顶块通过可伸缩机构与支撑块相连。通过调节第一臂上的可伸缩结构，能够使得第一臂上的顶块顶住齿圈，把齿圈撑到合适的形状。
作为优选，所述顶块上有弧面，弧面为与齿圈接触的接触面，所述弧面的弧度与所述齿圈的弧度相等。弧面的目的是使顶块与齿圈形成面接触，齿圈受力面积比极大，不易出现损伤问题。
更进一步，每个所述支撑块上有两个螺纹通孔，每个所述顶块上对应地布置有两个孔，两个螺钉将所述支撑块和所述顶块连接在一起，通过拧动螺钉实现顶块的伸缩。
进一步，所述支撑盘为环状结构。
一种运用上述工装的齿圈校圆方法，包括如下步骤：
步骤一、测量齿圈变形值L：
将零件装夹到机床上找正，然后测出齿圈周向跳动量，并标识出周向跳动量的最大位置M和最小位置N，L=M-N,当齿圈变形值L大于合格值时，进入步骤二处理；
步骤二、齿圈和工装抵接装配：
将工装的第一臂支撑在齿圈周向跳动量的最小位置，将工装与齿轮装胎抵接在一起；
步骤三、调整工装到指定尺寸：
计算齿圈的理论过盈值Y，Y=k×D×σS／E,D为齿圈内径的理论直径尺寸，σS为齿圈材料的屈服强度，E为齿圈材料的弹性模量，K为一个经验取值，K在4至7之间取值，将工装的第一臂调整到与齿圈刚好接触，然后再将工装的第一臂增加长度Y,工装的第一臂支撑固定在齿圈的最小位置处；
步骤四、回火处理：
将工装和齿圈进行回火处理，回火温度为200至250℃，加热时间为8至12小时；
步骤五、测量齿圈变形值：
待工装和齿圈在室温下冷却后，按照步骤一再次测量齿圈变形值，当齿圈的变形值大于合格值时，回到步骤二重新按步骤依次处理；当齿圈的变形值不大于合格值时，转到步骤六继续处理；
步骤六、回火处理：
将齿圈进行回火处理，回火温度为160℃至200℃，加热时间为8至12小时。处理完后，齿圈的校圆工作完成，冷却后齿圈进入下道工序（比如磨削加工）。
在步骤三中，将工装的第二臂调整到齿圈内径的理论直径尺寸。有助于防止在校圆工程中，第二臂处的齿圈直径变小到比理论直径尺寸小，理论直径尺寸是指齿圈的设计直径。
在步骤二中，将工装和齿圈放置在胎具的平面上，再将工装的第一臂支撑在齿圈周向跳动量的最小位置，将工装与齿轮装胎固定在一起。将工装和齿圈放置在胎具平面上，在移动工装和齿圈时，他们之间的过盈尺寸不会变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的工装具有结构简单，易于操作的优点。
2.本发明的齿圈校圆方法具有有效减少齿圈内应力的优点，能提高齿圈的使用寿命。工装对变形的齿圈进行校正过程中，对齿圈进行了回火处理，由于高温条件下材料的屈服极限降低，齿圈内应力产生的弹性变形部分转变成了塑形变形，起到了消除部分内应力的效果，同时齿圈加工中产生的内应力减少后，齿圈在外力作用下由于应力集中发生疲劳断裂的几率降低，提高了齿圈的使用寿命。
3. 本发明的齿圈校圆方法具有校圆效果优良的效果，本发明通过第一次回火处理，对齿圈进行了去应力操作，对齿圈在工装作用下的物理变形进行了第一次稳固，合格后的齿圈还进行了第二次回火处理，对齿圈在工装作用下的物理变形进行了第二次稳固，因此具有校圆效果优良的效果。
附图说明：
图1为本发明的工装工作原理示意图
图2为顶块的主视图
图3为顶块的俯视图
图中标记：1-第一臂，2-第二臂，3-支撑盘，4-支撑块，5-顶块，6-螺钉，7-齿圈。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1-3，一种工装，包括支撑盘3、两条第一臂1、两条第二臂2、4个支撑块4和4个顶块5；两条第一臂1对称地焊接在支撑盘3上，两条第二臂2对称地焊接在支撑盘3上，两条第一臂1和两条第二臂2呈十字交叉结构布置，每个第二臂2和每个第一臂1的端部各焊接有一个支撑块4，每个支撑块4上有两个螺纹孔，顶块5上有两个对应的孔，螺钉6穿过支撑块4上的螺纹孔顶在顶块5上的孔内。顶块5上还具有一个弧面，当顶块5顶住齿圈7的内圈时，顶块5的弧面与齿圈7形成面接触。
一种齿圈校圆方法，分为如下步骤：
第一步，将齿圈7装夹到机床上找正，然后测出齿圈7的周向跳动量，并标识出周向跳动量的最大位置和最小位置，当齿圈的跳动量的最大值和最小值的差大于合格值时，表明该齿圈7的变形量超过合格值需要进行校圆处理；当差值小于合格值时，表明齿圈7的变形量在可接受范围内，不用进行校圆处理。
第二步，将工装和齿圈7平放在胎具的平面上，将工装的第一臂1支撑在齿圈7周向跳动量的最小位置，将工装与齿圈7装胎固定在一起；将第二臂2调整到齿圈内圈7的理论直径尺寸。
第三步，计算齿圈7的理论过盈值Y，Y=k×D×σS／E,D为齿圈7内径的理论直径尺寸，σS为齿圈7材料的屈服强度，E为齿圈7材料的弹性模量，K为一个经验取值，K在4至7之间取值，将工装的第一臂1调整到与齿圈7刚好接触，然后再将工装的第一臂1增加长度Y,工装的第一臂1支撑固定在齿圈7的最小位置处。
第四步，将工装和齿圈7连同胎具一起送入回火炉进行回火处理，回火温度为200至250℃，加热时间为8至12小时。
第五步，待工装和齿圈7在室温下冷却后，再次测量齿圈7变形值，当齿圈7的变形值大于合格值时，认为校圆不合格，返回第二步重新依次处理，在第三步时根据变形量取合适的K值。当齿圈7的变形值小于合格值时，齿圈7进入第六步处理。
第六步，将齿圈进行回火处理，回火温度为160℃至200℃，加热时间为8至12小时。第六步完成后即完成了齿圈7的校圆工作，齿圈进入其他加工工序。

Claims (7)

1.一种齿圈校圆工装，其特征在于，包括支撑盘（3）、第一臂（1）、第二臂（2）和顶块（5）；两条第一臂（1）对称地焊接在支撑盘（3）上，两条第二臂（2）对称地焊接在支撑盘（3）上，两条第一臂（1）和两条第二臂（2）呈十字交叉结构布置，四个顶块（5）通过可伸缩机构分别布置在第一臂的外端部和第二臂的外端部。
2.根据权利要求1所述的齿圈校圆工装，其特征在于，所述顶块（5）上有弧面，弧面为与齿圈（7）接触的接触面，所述弧面的弧度与所述齿圈（7）的弧度相等。
3.根据权利要求2所述的齿圈校圆工装，其特征在于，所述可伸缩机构包括支撑块（4），支撑块（4）焊接在第一臂（1）或第二臂（2）的端部，支撑块（4）上有两个螺纹通孔，每个所述顶块（5）上对应地布置有两个孔，两个螺钉（6）将所述支撑块（4）和所述顶块（5）连接在一起，以通过拧动螺钉（6）实现顶块（5）的伸缩。
4.根据权利要求1-3所述的齿圈校圆工装，其特征在于，所述支撑盘（3）为环状结构。
5.一种运用权利要求1-3所述齿圈校圆工装的齿圈校圆方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、测量齿圈变形值L：
将齿圈（7）装夹到机床上找正，然后测出齿圈（7）周向跳动量，并标识出周向跳动量的最大位置M和最小位置N，L=M-N,当齿圈（7）变形值L大于合格值时，进入步骤二处理；
步骤二、齿圈和齿圈校圆工装抵接装配：
将齿圈校圆工装的第一臂（1）支撑在齿圈（7）周向跳动量的最小位置，将齿圈校圆工装与齿圈（7）抵接在一起；
步骤三、调整齿圈校圆工装到指定尺寸：
按下式计算齿圈（7）的理论过盈值Y：
Y=k×D×σS／E；
式中：
D为齿圈（7）内径的理论直径尺寸；
σS为齿圈材料的屈服强度；
E为齿圈材料的弹性模量；
K为一个经验取值，K在4至7之间取值
将齿圈校圆工装的第一臂（1）调整到与齿圈刚好接触，然后再将齿圈校圆工装的第一臂（1）增加长度Y；
步骤四、回火处理：
将齿圈校圆工装和齿圈（7）进行回火处理，回火温度为200至250℃，加热时间为8至12小时；
步骤五、测量齿圈变形值：
待齿圈校圆工装和齿圈（7）在室温下冷却后，按照步骤一再次测量齿圈（7）变形值，当齿圈（7）的变形值大于合格值时，回到步骤二重新按步骤依次处理；当齿圈的变形值（7）不大于合格值时，转到步骤六继续处理；
步骤六、回火处理：
将齿圈（7）进行回火处理，回火温度为160℃至200℃，加热时间为8至12小时。
6.根据权利要求5所述的齿圈校圆方法，其特征在于，在步骤三中，将齿圈校圆工装的第二臂（2）调整到齿圈（7）内径的理论直径尺寸。
7.根据权利要求5或6所述的齿圈校圆方法，其特征在于，在步骤二中，将齿圈校圆工装和齿圈（7）放置在胎具的平面上，再将齿圈校圆工装的第一臂（1）支撑在齿圈（7）周向跳动量的最小位置，将齿圈校圆工装与齿圈装胎固定在一起。
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