剖分式特大型齿轮加工防变形的探讨和实践

吴敬，王伟

剖分式特大型齿轮加工防变形的探讨和实践

Research and Practice for the Split Large Gear Machining Anti-Deformation

吴敬1，2，王伟2

直径大于Φ7000mm以上的齿轮，一般称为特大型齿轮。由于齿轮毛坯重量大，铸造成型困难，一般均为剖分式，由两个半圆齿轮组合而成。特大型齿轮的特点是结构尺寸大，重量重，轮齿模数大，齿数多，加工中难度较大。

特大型齿轮在加工中出现的最大问题是变形，变形的特征是半齿轮对口处向外扩张，组合成整体后，形成椭圆，剖分面对口处出现较大开口，该处齿槽宽尺寸变大，节距变大。其危害是齿轮在工作过程中出现周期性震动，严重影响主机设备的正常工作。

我公司常年生产各类矿山设备和水泥机械，大型齿轮是主要加工的零部件，在大齿轮加工防变形问题上进行了长期的探讨和研究。我公司为某厂生产一台Φ6.1m×40m回转窑，其中配套大齿轮属于特大型齿轮，其尺寸参数为模数M=40mm，齿数z=224，齿顶圆直径Φ9036mm，分度圆直径Φ8740mm，齿宽b=680mm。材质ZG35CrMo。针对这样的特大型齿轮，防变形是重要环节，一旦控制不好，出现变形，将无法解决，只能报废。所以在该齿轮加工之前，进行了认真的探讨，制定了详细的方案，保证了加工的顺利进行。本文将具体方案作一介绍，供参考。

1 具体方案

1.1 毛坯热处理

半齿轮毛坯铸造完成后，转热处理工序，进行正火处理。通过正火处理消除其内部残余应力，使铸件组织细化，成分均匀，改善加工性能。

正火温度约在850℃左右，保温后，取出在空气中冷却。

1.2 增加工艺性措施

由于半齿轮变形体现在对口向外扩张，为防止扩张，在半齿轮的对口处内侧增加工艺性拉筋，用拉筋拉住对口处不扩张，拉筋断面尺寸为150mm×150mm，拉筋距对口剖分面距离为100mm左右，该拉筋在毛坯铸造时铸出来（见图1）。

1.3 机加工过程中防变形措施

在机加工过程中我们采取了“三组合”和“三拆卸”的工艺方案。

1.3.1 粗加工的组合和拆卸

上镗床分别加工两半齿轮的对口平面，留8mm加工余量。钻一半齿轮对口平面上的螺孔，原螺孔尺寸是8-Φ82mm，先加工成8-Φ50mm，另一半齿轮配加工。

用M48螺栓和螺母将两半齿轮组合成整圆（第一次组合）。

上立车加工外圆和两端面，外圆直径方向留40mm余量，两端面各留20mm余量。

将大齿轮拆开两半（第一次拆开），进行探伤检查，确认无缺陷后，进行二次正火处理，消除应力，热处理后，割掉拉筋。

1.3.2 半精加工的组合和拆卸

二次加工半齿轮对口平面，留加工余量5mm。将原对口平面上8-Φ 50mm孔扩加工至8-Φ58mm孔，另一半配加工。

用M56螺栓和螺母将两半齿轮进行第二次组合。

上立车加工外圆和端面，直径方向留20mm余量，两端面各留余量10mm。

制作粗铣齿指形铣刀检查样板，齿底留13mm加工余量，齿厚方向每边留13mm加工余量。制作两种铣刀，模数M=28mm和模数M=36mm铣刀。

上铣齿机，分三刀进行粗铣齿，从对口缝开始，对口缝在齿谷中间，按“米”字形对称跳跃式加工，第一刀用模数为28的铣刀加工，深度50mm，第二刀用模数36铣刀加工，加工深度25mm，第三刀用模数36铣刀继续扩宽，加深。满足样板检查尺寸为止。

第二次拆开，将两半齿轮平放在平台上，自然时效1～2周，释放应力。

1.3.3 精加工的组合和拆卸

第三次加工两半齿轮对口平面，达到设计尺寸精度。

将原8-Φ58mm的对口平面上螺孔加工至8-Φ82mm螺孔的设计尺寸，另一半配加工。

用M80螺栓和螺母将两半齿轮进行第三次组合。

上立车加工齿轮外圆和端面达设计尺寸。

上滚齿机，用M40滚刀进行齿形的半精加工，齿深和齿厚方向各留5mm余量。加工后，松开所有夹紧压板螺栓，将齿轮平放在机床工作台上，时效1～2天。

精滚齿加工，用模数40滚刀，分二刀进行精加工，第一刀吃刀深度3mm，进给量0.7mm/r。第二刀吃刀深度2mm，进给量0.9mm/r。加工达到设计尺寸精度要求。

齿形加工后，进行第三次拆卸，将两半齿轮平放在平台上，自然时效一段时间，释放应力。

1.4 检查

第四次将两半齿轮组合成整体，检查变形量，对称检查8个点，检查直径方向的变形量，经检查最大变形量小于2mm，对口接缝处开口量在允许范围内。检查结果合格。

1.5 增加拉板

由于齿轮尺寸大发货必须分半进行，在制造厂检查，齿轮变形量是合格的，但是在运输中的震动也会使齿轮产生变形。于是我们设计了防变形拉板，在半齿轮对口面上安装拉板，用拉板限制半齿轮在运输中可能出现的变形（见图2）。齿轮拆开后，马上就安装拉板，人为限制变形发生。

2 结语

该特大型齿轮，在结构、热处理、机加工和运输方面均采取了有效的防变形措施，不仅保证了齿轮在制造厂未出现变形，也保证了该齿轮运输到现场后未出现变形，实践证明该总体方案是可行的、有效的。

TH161.3

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赵 莲