扇形板加工工艺分析

兰天一

(常州宝菱重工机械有限公司，江苏 常州 213019)

1 概 述

常州宝菱重工机械有限公司与日本三菱重工业株式会社合资以来，生产开卷机、卷取机已经有17年的历史，经过多年的不断探索，基本掌握了各种开卷机、卷取机的加工制造方法；尤其是卷筒式带钢卷取机设备先进、结构复杂、制造难度大。卷取机上除了传动系统(如电动机、箱体等)、压辊止动器、外支撑、助卷器等装置外，其核心部件是卷筒，它要在较大张力下高速卷取45t左右的钢带卷，同时在较大的带材压力下缩径、卸卷；所以卷筒部件要有足够的强度和刚度，其结构如图1所示。

卷筒部件中除了芯轴、楔形块、拉杆轴等零件外，直接与带钢接触并影响卷取质量的就是扇形板。作者根据多年的生产经验，摸索出一套加工扇形板的最佳工艺规程，既能保证产品质量，又大大提高了生产效率，并且为企业节约了较大的成本。

图1 卷筒的结构

2 结构特点和技术要求

2.1 结构特点

扇形板主要是外圆弧面和内侧斜面，在开卷卷取中通常由4块扇形板组成一个整圆，采用推拉机构带动斜块沿卷筒轴的轴向移动，依靠其斜面使其带动扇形板径向运动，从而使得各扇形板所形成的卷筒胀、缩，满足了带钢卷绕及卷绕后带卷从卷筒上卸下的需求。

2.2 技术要求

4块扇形板重量一致，加工中要特别注意基准点选取；4块扇形板胀、缩一致，这就要求斜面角度一致；4处T型槽的左右两侧面均要在同一平面上。

3 工艺流程及调质余量分析

3.1 工艺流程

毛坯检验-粗加工-UT探伤-调质-半精加工-热定型-氮化前除应力-精加工-预装配-车、磨精加工-检验-氮化-入库。

3.2 调质余量分析

主要是对零件加工余量的控制。经过对几个批次扇形板的实际测量和调查，发现在扇形板的工艺中，一般要求调质前加工余量为8 mm，但是实际在铣加工斜面相交面处最大值往往有16～18 mm，扇形板的材质为42CrMo，同时截面尺寸大，整体调质HB260～280较难达到，如果所留余量过大，将很难保证表面硬度。为了避免这种情况的发生，决定采取以下措施：

(1)根据扇形板不同规格确定调质前加工余量。具体如下：

L≤1000 mm，余量5 mm；

1000

1500≤L≤2000 mm，余量8 mm；

L>2000 mm，余量10 mm。

(2)外形轮廓在数控龙门铣上使用样板加工，这样可以使余量均匀一致。

(3)严格控制加工余量，保证调质后硬度的均衡，防止出现软带区。

(4)调质后划线时，以外侧圆弧为参照面，减少划线时因借线而导致的实际余量增加。

3.3 调质时的注意事项

由于材料淬透性差，避免冷却油由于时间使用长、老化而导致淬火时冷却性能差，造成扇形板淬火硬度层薄，在最终成品时表面硬度低。因此要求在扇形板热处理时，必须确认所使用的冷却油的实际冷却能力是否能达到扇形板的硬度要求。

4 加工的工艺措施及精度保证

4.1 改进措施

(1)由于扇形板调质后变形量大，且余量多为8～10 mm，因此，合理地选择定位基准尤为重要。以前是在外圆弧中间留一处100 mm宽的凸台光出后作为定位基准，但由于工件长、余量多容易引起扇形板变形弯曲；通过改进，只要在凸台两头和中间各留一处100 mm×100 mm的平面作为定位基准，其余的余量同外圆弧半精加工时一起铣掉，避免了在精加工时因余量多而引起的工件变形。在半精加工过程中，扇形板的齿形、退刀槽、内圆弧等都必须加工至成品，当工件在龙门铣上水平装夹加工时，由于主轴悬伸向下，退刀槽内排屑比较困难，经常导致刀片的磨损和报废，所以冷却非常重要；在加工时一般用风管进行吹扫，这样大幅度降低了切削热，另外还可以将铁屑吹走，保护了刀具。

(2)如何保证扇形板关键尺寸误差及重量误差，也就是如何检测从斜面到准面的尺寸a。使用普通的量具无法直接进行精确的测量，需借助于测量工装；为此设计了一个测量块，转移测量基准，可以直接准确地测量出此尺寸(如图2所示)。测量尺寸a，α=arctg(1/4)，则c=asinα，d=c-r；同样，公差按三角法分配：δ=Δsinα。

将设计的测量块置于基准面的一侧棱角上，并且将测量块的直径设计为d=20 mm，这样测量就简单了，只要用百分表测出测量块最高点和被加工的斜面目标落差，且误差在0.01 mm之内就达到了设计要求；这种测量方法从测量基准到辅助加工面，只经过一次基准转移，而且使用的测量工具也更加可靠，因而测量精度得到了保证，操作也简单方便。

图2 扇形板测量示意图

(3)工件装夹时应用百分表装夹，以免装夹时引起工件弯曲。由于扇形板工件比较长，中间易弯曲，所以要在工件下面两边都放斜块来调整夹紧力度。机加工时应用百分表靠在工件旁，因精加工时装夹不是很紧，这样可以有效地观察工件是否走动和变形。

图3 扇形板截面图

(5)斜槽的底面加工。在加工斜槽底面时，由于T型槽(如图4所示)的表面粗糙度要求比较高，普通铣刀虽然也能达到图纸要求，例如用焊接T型铣刀，转速S只能放到500 r/min左右，走刀量F放到250 r/min，铣到后面的斜面时，由于刀具磨损不容易保证尺寸，这样就要多铣一刀或者几刀以保证工件的尺寸及粗糙度。现在采用T型面刀盘，转速S放到850 r/min，走刀量F放到500 r/min，刀片基本不会磨损，粗糙度也能保证(注：切削余量只能在0.1 mm之内)。现在一般都会用Φ50 mm的焊接T型铣刀把槽底余量剩到0.05 mm，然后采用Φ50 mm的T型面刀盘进行光刀。

图4 T型槽图

② 也可以采用18～35 mm的内径百分表来测量。

(6)冷却。在机加工过程中零件会产生大量的切削热，使材料残余奥氏体分解，引起工件变形，严重时可导致产品报废，所以冷却非常重要。在加工时一般用风冷却，这样大幅度降低了切削热；另外还可以将铁屑吹走，保护了刀具使用寿命和工件加工表面光洁度。

4.2 改进效果

通过以上各种加工方法的改进，以及各种措施的落实，扇形板的加工流程和加工质量得到了明显的提高；至今未再出现过硬度偏低和变形等质量事故。

5 结束语

通过加工试制和工艺调整及细化，很好地保证了扇形板的形位公差，为保证装配质量创造了很好的前提条件，已制定了标准化工艺流程，形成了批量化生产。