超大齿圈的制造研发.docx

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超大齿圈的制造研发

超大型齿圈的制造工艺研发

概述：

伴随着国际市场上机械行业的变化，重型机械行业的迅猛发展，特别是磨机，水泥窑，发电设备的规格越来越大，带动齿轮向大模数，大直径发展。

随着二重产业结构的不断调整，立磨，船用，军工等产品在二重份额的提升，二重集团大型齿圈产品数量越来越多，在以往大型齿圈产品中，小于6000mm齿圈多数由精衡公司进行加工，超过6000mm齿轮由于工件直径大，装夹负责，对机床要求高，且直径超过我厂的最大理论加工直接，均外委其他单位进行加工，不仅加工费用高，且产品周期长，无法满足二重的生产周期。

新型立磨为二重集团公司自主研发的新型产品，新型立磨的成功制作是实现集团公司产品转型的重要举措。

由于新型立磨相比于传统立磨，规格越大，新型立磨的性能优势越明显。

大齿圈作为主要传动零件对整个立磨起着关键作用，随着立磨吨位的增加，大齿圈的直径也随之增大。

研发超大型齿圈的加工，有助于实现大齿圈供给的自给自做，并实现集团公司产品转型，增加公司产品范围。

1.主要技术内容介绍、主要技术性能指标应用领域。

超大型齿圈由于受毛坯因素限制，大部分由两个半齿圈把合而成，该大齿圈材料为35CrNiMo6，精加工重量达49114吨，工件齿顶直径为8024.876，工件重量较重且直径较大，

图为大齿圈图纸及参数

1.1齿圈加工难点及重点

1.1.1齿圈为铸钢件，铸造毛坯尺寸较大，如何合理的分配各过程中的加工余量是齿圈加工的重点。

因为工件重量对工艺中部分机床已超重，因此，工件留量需合理控制，调质前合理的留量有利于保证工件的整体材料性能，保证工件的半精加工。

人工失效前合理的留量，既可以减轻工件后续加工的重量，也可以减少人工失效后精加工过程中的变形，保证工件良好的使用性能。

1.1.2工件尺寸大，相对壁厚较薄，在热处理过程中极易发生变形，体积较大，变形后难以校正，因此在加工前需通过机械手段控制，减少工件的热处理变形。

1.1.3对加工齿部工序的合理分配是加工的重点，过早开齿将造成后续车削为断续切削，开齿较晚也极易造成精加工后应力释放不充分造成变形。

1.1.4．由于精衡公司现有滚齿机最大理论加工直径为6300mm，现工件齿顶圆直径已超过机床额定范围，如何采取有效的措施来延伸机床的加工范围是决定本工件能否加工的重点及难点。

1.1.5．由于工件直径超大，重量较重，材质为铸钢件，刚性较差，如何安排工艺，充分释放加工中产生的应力是本件加工的重点。

1.2主要技术性能及指标

齿轮材料为G35CrNiMo6-6+QT,模数Mn=33,齿数Z=220，直齿，全齿高h为80.262,齿顶圆直径为φ8024.876，内孔直径为φ6035，工件精加工总重量为49000，齿面表面精度为8级精度。

2.创新点、实用性及反映该项目创新点所必需的设计图、工艺

2.1．大齿圈的加工工艺流程：

2.2.技术保障措施及创新点：

2.2.1.齿圈材质为铸钢件，受直径较大因素影响，毛坯重量影响较大，热处理前若留量较大，毛坯重量大，既浪费了材质，又影响工件热处理性能，并增加后续工序加工装夹及加工难度；留量较少则会因余量不满足工件的变形量，造成无法满足精加工要求。

在制定调质前留量时，通过联系热处理车间技术条件，并结合精衡加工的其余齿圈的热处理变形要求，工艺要求控制内孔留量为60mm，外圆直径留量为80mm，端面单边留量为30mm，调质后检查工件变形后，根据变形情况，修正控制内孔留量为60mm，外圆直径留量为60mm，端面单边为25mm。

在制定人工失效前留量时，结合精衡加工的其余齿圈的热处理变形，工艺要求控制内孔留量为40mm，外圆直径留量为50mm，端面单边留量为20mm，调质后检查工件变形后，根据变形情况，后续修正工艺控制内孔留量为30mm，外圆直径留量为30mm，端面单边留量为10mm。

2.2.2齿圈直径较大时，在热处理过程中，极易发生变形，为尽量控制热处理过程中的变形量，通过增加米字型拉筋来减少热处理过程中的变形。

拉筋采用槽钢制作，焊接时分为上下两层，上下两层之间分别用三个拉筋拉死。

通过上述方式来减少热处理的变形。

图齿轮热处理调质前焊接拉筋示意图

2.2.3粗精滚齿工序的加工创新：

2.2.3.1滚齿工艺的装夹：

精衡公司现有滚齿机为ZFWZ60滚齿机，最大理论加工直径为φ6300，最大理论加工重量为100吨，由于设备使用年限较长，机床浮动工作台多次修整，现机床最大理论承重为70吨，且机床工作台具有卸荷自动调节功能，如重量超出工件加工范围或工作台发生偏载工作台将自动停止运转。

大齿圈齿部参数为:

模数Mn=33,齿数Z=220，直齿，全齿高h为80.262,齿顶圆直径为φ8024.876，工件精加工总重量为49000吨,通过分析图纸，工件模数大，开齿余量较多，需大量切削，齿顶圆直径已大大超出机床理论加工直径φ6300，需通过增加工装来拓宽机床的加工范围。

为了加大机床的加工直径范围，需将原有工作台直径扩大，保证工件能够落在回装工作台上。

通过八个托架固定在机床的回转工作台上，托架为斜型，一侧把合在工件的回装工作台上，另一侧用来增加机床的直径加工范围，满足加工工件φ8024.876直径要求。

但托架重量高达30吨，工件粗加工后通过计算重量53吨，总重量达到83吨，已超过现有机床的最大承受重量，且由于受托架影响，工作台支撑托架的力与工件自身的重力作用在一起将会产生旋转扭矩，容易造成工作台的倾斜。

工作台整体承受的托架与工件的重力压住工作台上，工作台承受压力过大，液压浮动力无法托起工作台，将造成工作台无法回转，严重会直接造成工作台的损坏。

图滚齿机齿轮安装托架受力情况

由于浮动工作台无法完全托起工装及工件，需增加辅助装置来减轻工作台受到的力，同时应减去托架的旋转扭矩。

通过现场查看滚齿机浮动工作台中心存在一个约1500mm的孔，孔内平面与地基相连，

如何有效的将齿轮与托架的重量分解到地基上，减少对工作台的作用力。

经过技术讨论，制作一个长抱杆，把合在工作台中心，然后通过手拉葫芦将抱杆与托架连接在一起；将部分力通过抱杆直接传递给地基，不再传递给工作台，进而减轻工件及工装对工作台的压力。

分析抱杆的作用力时，抱杆通过拉链对托架产生一个拉力，分解到竖直方向的力与工件重力抵消，由于在滚齿时工件需随着工作台进行回转，在回转过程中工件及托架工装将产生离心力，分解到水平方向的力用来抵消工件的离心力。

且拉链对托架产生一个扭矩与原托架自重产生的扭矩方向相反，相互抵消。

由于工件重量较重，主要作用力为工件的重力，因此在制作抱杆时应主要考虑抵消竖直方向的力。

在制作抱杆时，抱杆长度越长，抱杆的拉力在竖直方向的分力则越大，但抱杆过长，则会降低抱杆的强度，影响抱杆在使用过程中的稳定性。

因此根据加工厂房高度限制，再考虑抱杆实际加工时需要的力，将抱杆角度

抱杆同时对托架存在一个水平方向的拉力，拉力产生的转矩与原托架存在的转矩方向相反，进而相互抵消，保证工作在运装过程的平稳。

分析抱杆与水平方向夹角越大，对工件的提升力分解越多，对扭矩的抵消则越大，因此在抱杆与托架连接处，尽量将连接处提升至抱杆的最上方。

图抱杆与托架整体安装图

图为齿轮实际安装装夹图

由于粗加工时考虑到重量偏重，为防止首次安装时压损机床，在大齿圈基准端面增加四个托辊来辅助支撑大齿圈，进一步减轻工件对工作台的压力。

通过上述方法，实现了滚齿机对齿圈的装夹，保证滚齿机的正常回装，在滚齿过程中，工作台运行平稳。

在精加工前重新制作抱杆，将抱杆总高度加长，提高抱杆对工作台的提升力，减轻工作台的负重。

2.2.3.2滚齿工序的定位基准

大齿轮的找正基准为齿轮基准端面及齿顶找正带，基准端面直接贴合与托架上，因此在安装好托架后，滚齿机上车刀，自车各托架上端面，全部见平，保证基准处于同一平面。

安装好大齿轮后调整工件外圆，并复检工件基准端面跳动。

由于工件重力较重，且毛坯部分表面为非加工面，各位置重力不同，齿圈落于托架后，各端面跳动约在1-1.5mm,通过调整手拉葫芦将不同位置进行抬升，控制跳动在合理范围内。

2.2.3.3滚齿工序的加工

工件模数为33，齿数为220，模数大，齿数多，切削余量较大，需大面积粗加工后待释放齿部应力后方可进行精加工齿。

考虑到工件的生产效率，粗加工时需要大排量切削，通过查找现有库存刀具，采用模数30盘铣刀进行粗加工，切齿深度为75，并在切齿过程中检查齿距累计误差，防止累计误差较大造成精加工无法满足。

精加工时先用盘铣刀继续开齿，加工至齿厚单边余量为3mm,跟换精干刀，考虑到切削力较大，准备了指型铣刀及滚刀两种方案，如滚刀切削较慢侧采用指型铣刀进行加工，实际加工时采用滚刀加工正常。

精加工时由于需更换滚刀，与滚刀相配的滚刀架同时需进行更换，由于工件直径超大，滚刀架安装时与工件发生干涉，需将工件移开方可安装滚刀架，为保证工件重新装夹找正精度，在精加工时在托架上焊接定位块，定位块将工件内孔定位，避免了重复找正。

超大型齿圈的成功制造，是二重集团公司加工的直径最大，重量最重的齿轮，实现了二重齿轮加工范围的大幅度提升，

特大型齿圈为水泥立磨产品中主要传动零件，负责整个立磨产品的运转，产品工件的制造对整体使用有较大的影响。

水泥立磨齿圈为两半齿圈组合件，组合后产品直径为φ8024.876，齿宽厚度为665,齿轮模数为36，齿数为220。

该齿圈直径大，为集团公司首次加工。

在工艺过程中需考虑如何控制工件在调质过程中的变形，加工过程中各工序的留量，在机床加工时的装夹方式，以及在滚齿时刀具的选择及滚齿时的装夹，成为加工的重点控制所在。

对大齿圈制造技术进行攻关，有利于立磨成台套产品的制造，实现大齿圈制造国产化及自给化，可以提高集团公司制造技术，开拓新市场，为集团公司带来很大的经济和社会效益。