表淬腔式联轴器套制造工艺研究

刘世彬 李玖刚

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000)

近几十年来，人们不断认识到，轧钢车间的自动化和机械化远没有完结，而且劳动强度很大的精整工序还需要继续进行机械化和自动化改造。

冷床是热轧钢厂生产过程中不可缺少的重要设备。它的作用是使型材或板坯在冷床上作横向移动，在移动过程中逐渐冷却下来，同时要能够保证型材或板坯在横移过程中均匀冷却，不产生弯曲、扭转或表面擦伤。

冷床按结构形式的不同，主要有3种：运输链式冷床、辊盘式冷床、步进式冷床。

目前大多采用辊盘式冷床和步进式冷床。我公司与美国SSAB公司签订的外贸合作项目采用了较先进的辊盘式冷床。辊盘式冷床主要用于冷却、移送厚4 mm～50 mm的钢板，它是将辊盘及托盘安装于辊盘轴上，辊盘轴之间采用联轴器套连接，各辊盘在冷床上交错布置，支撑钢板，减速机直接驱动辊盘轴带动辊盘旋转移送钢板。

图1 联轴器套组合图Figure 1 Assembly diagram of coupling sleeve

联轴器结构如图1所示。

联轴器主要用于连接辊盘轴，传递动力和扭矩。常用的联轴器主要有梅花联轴器、刚性联轴器、鼓形齿联轴器、弹性销联轴器等，均属回转体类零件，不需表淬，易于加工。而该冷床项目所采用的联轴器为型腔表淬组合式联轴器，属非回转体类零件，型腔需表淬，其表淬硬度达45～50HRC，型腔较深且根部R小，加工非常困难。

图2 联轴器套Figure 2 Coupling sleeve

1 零件结构特征

联轴器套呈长方体盒子，外形长266 mm×宽240 mm×高266 mm，内腔长170H11×宽146×深218，属典型的型腔零件，如图2所示。

2 加工难点

加工难点如下：

(1)毛坯为实心锻件，加工余量大，数量多，制造周期短。

(2)型腔深度较深，深度达218 mm，根部R小，为R6 mm。

(3)型腔需要表淬，硬度45～50HRC，表淬后加工困难。

3 关键工艺性试验研究

3.1 表淬余量的研究

型腔的表淬与平面或回转体类零件的表淬相比，具有很大的区别。平面或回转体类零件表淬易于操作，有成熟的工艺参数，易于达到设计要求的硬度值，表淬后易于实现切削加工。而型腔的表淬，没有成熟的工艺可借鉴，零件型腔较小，深度较深，零件根部R导致表淬有效范围变窄，表淬硬度达不到设计要求的值，表淬后切削加工困难。

因此，合理的表淬余量，改进表淬工艺及淬火工装，是保证零件的有效表淬硬度范围，减少切削加工余量，提高加工效率的重要措施之一。

为此，进行了一系列的表淬工艺性试验(见表1)。试验表明，型腔单面留余量0.5 mm进行表淬较为合理，将高频感应淬火工装的侧边制作成圆弧R型，淬火操作变得相对较为容易，硬度检测完全达到图纸要求的硬度值和有效宽度范围，表淬后工件变形约0.2 mm～0.41 mm，完全能满足后续的加工要求。

3.2 表淬前型腔加工工艺方案

采用普通机床与数控机床相结合的工艺方案，普通机床去除大部分加工余量，数控立式铣床加工170H11×146×218型腔。

普通铣床加工外形六面，用直径∅18 mm的钻头在170H11×146 方腔四角预钻4个∅18 mm、深215 mm的退刀孔，粗铣170H11×146×218型腔，数控立式铣床加工170H11×146×218型腔，单面留量0.6 mm，表面粗糙度达Ra6.3 μm。

型腔较深，刀具悬伸较长，普通高速钢刀具颤动大，啃刀严重，尺寸精度、表面光洁度差，无法满足表淬前的质量要求，且加工效率非常低。经多次试切削加工，选用L型机夹式硬质合金涂层钻铣刀加工，所加工的型腔表面质量、尺寸精度都能达到表淬的工艺要求，加工效率提高近5倍，获得了满意的效果。

表1 表淬工艺试验参数Table 1 Test parameters of surface quenching process

3.3 表淬后型腔加工工艺方案

以表淬面为基准找正，找正0.1 mm以内，按图纸要求加工顶面及顶部台面，170H11×85+0.30及R，133 mm尺寸按133+0.050mm控制，作为组合后孔加工的基准。

表面淬硬钢硬度高，加工过程中极易造成刀具早期磨损和破损，从而直接影响零件表面质量。

选择一种合适的加工刀具是保证切削加工顺利进行的必要条件。型腔表面淬火硬度45～50HRC，属表面淬硬钢，型腔深度218 mm，刀具悬伸长，普通刀具因刚性差，加工颤动明显，无法进行半精加工和精加工。

因此选用了镜面铣刀、普通硬质合金铣刀和等3种刀具进行加工对比，经试切削加工表明，镜面铣刀所加工的零件质量、刀具耐用度、生产效率明显优于普通硬质合金铣刀和等其他刀具。

试验表明，随着切削速度提高，表面质量变好，但当切削速度增加到一定值以后，加工表面粗糙度与切削速度变化关系不大。表面粗糙度值在4 μm～6.5 μm范围内变化，尺寸精度误差在0.08 mm范围内，形位精度在0.1 mm以内。

综合考虑各种因素，粗、精铣170H11×146×218型腔及底面，分4次加工完成，切削用量按表2。加工时170H11按170.20 mm～170.25 mm控制，表面粗糙度Ra6.3 μm，根部R最后由钳工抛磨。

选用镜面铣刀作为半精加工和精加工刀具，刀具规格为：∅32 mm×200 mm和∅20 mm×220 mm。

表2 切削用量表Table 2 Cutting parameters list

4 结论

通过开展表淬腔式联轴器套工艺性试验研究，确立了合理的表淬余量及感应淬火工装优化措施，获得了合理的切削参数及刀具型号，解决了型腔淬火热处理及加工的难题，其成果应用到生产现场中，提高了产品质量和生产效率。