浅谈双联滑移齿轮的修复工艺
作者：李 明
来源：《职业·中旬》2010年第08期
在齿轮机构的修理工作中, 大模数、低速齿轮轮齿折断的传统修复工艺主要采用镶齿法, 而小齿轮由于加工比采购成本要高, 一般采用更换的方法。随着电火花线切割技术中齿轮加工功能的成熟及应用, 给齿轮的修理工作带来极大便利, 一些小齿轮也可采用电火花线切割直接加工, 不仅成本较低, 也缩短了修理周期。车床进给箱双联齿轮损坏, 利用电火花线切割加工与焊接工艺相结合的修理工艺进行了尝试, 取得了较好的效果。
一、故障现象
某厂一台沈阳CA6140车床由于使用不当, 造成进给箱中一个双联齿轮小端轮齿折断。双联齿轮由于结构限制, 在修理时不能采用传统修复工艺, 只能整体更换。如果将折断的轮齿切除, 用电火花线切割加工出新齿轮, 再进行焊接修复, 则可以缩短维修时间, 节约维修成本。
二、制定修理方案
进给箱内双联齿轮主要用于进给量的变换, 轮齿强度应能承受啮合时的冲击载荷, 而传动扭矩主要由花键轴承受。通过查找设计手册与齿轮零件图, 采用线切割加工出的齿轮齿面接触疲劳强度与齿根疲劳强度可满足此工况下的使用要求。齿轮与轴套焊接后焊缝主要承受变速时拨叉对轮齿的侧向压力。因此决定采用电火花线切割加工新齿轮, 再与花键轴套焊接的工艺进行修理。采用这种工艺进行修理, 应解决以下几个方面的问题:
1. 材料强度问题
齿轮一般采用45钢锻打并经调质处理以保证良好的综合机械性能和使用寿命。锻打毛坯板料可要求钢材供应商提供, 但时间较长, 而学校材料库有直径合适的40Cr 棒料(比齿轮直径大20mm 左右) 可满足坯料要求, 考虑40Cr 的机械性能比45钢优异及此双联齿轮的使用要求, 决定采用40Cr 棒料代替45钢锻打坯料。
2. 热处理与硬度测定
齿坯的调质硬度要符合技术要求, 以防硬度太低, 降低使用寿命, 但也不能高于与其啮合的齿轮硬度, 以免造成更大的损失。使用学校的热处理炉进行调质, 并用硬度计检测硬度, 使硬度比技术要求低1～2度, 以保证使用要求。
3. 焊接后的变形及齿轮与原齿轮的位置精度要求
使用工艺装备很容易保证焊接后的齿轮与原齿轮的位置精度要求, 但制作专门的工装十分麻烦, 如果使用定位凸台又会造成加工困难。考虑到双联齿轮是在花键轴上滑移, 采用花键轴作为焊接工装, 最简便的方法是在焊接时先点焊再施焊, 则可解决变形问题也容易保证精度。
三、修复工艺实施
1. 备料
采用40Cr 棒材锯削下料, 留粗磨与热处理后的精磨余量(约1mm); 在平面磨床上粗磨, 再在钻床上钻中心孔(作加工内花键穿丝孔孔使用, 直径应比花键轴小径小3～5mm) 及近外缘处钻Φ3mm的孔(作加工齿形穿丝孔使用); 进行调质处理, 并在硬度计上检测硬度是否合格; 最后精磨至齿轮要求厚度。
2. 电火花线切割加工
线切割加工是保证齿轮精度的重要工序, 电火花线切割机床具有齿轮加工功能, 因此齿坯的找正装夹是保证加工精度的关键。
(1)齿坯装夹:先清理干净穿丝孔内表面氧化皮与毛刺, 以防导电不良影响放电加工及造成断丝等故障, 清除齿坯外圆磨削后的毛刺。将齿坯固定在四块平行平尺组成的托架上(每边接触8mm 左右), 用目测法找正Φ3mm穿丝孔与机床X 轴或Y 轴平行。
(2)切割内花键:将电极丝穿入中心孔内, 利用机床自动定中心功能找出齿轮切割中心。在机床面板上输入花键与齿轮参数; 设置切割起点、切割终点, 跳步坐标, 并加入电极丝半径与放电间隙补偿值; 后置处理后生成加工程序; 设置好电加工参数:电流0.8～2A, 脉冲宽度 4～20us, 功放管2～4个, 脉冲间距比1∶5, 加工速度6。启动机床先切割加工内花键。为保证加工精度及与花键轴的配合间隙, 在加工完后, 应拆卸下电极丝用花键进行试配, 如配合较紧, 可适当加大补偿量修整一次, 以保证配合要求。注意:工件不能松动, 以防内花键与外齿形不同心造成废品。
(3)切割外齿形:拆卸电极丝, 跳步空走至Φ3mm穿丝孔, 穿好电极丝, 加工外齿形。在加工时应根据切割位置, 使用强力磁铁将已切割好的齿轮与多余坯料吸在一起, 以防齿轮切割到最后时因自重下沉变形而影响加工精度。如齿轮精度要求较高, 可采用2次切割成型的方法加工, 即第一次切割时留2mm 左右不割断(齿轮外形留0.2mm 余量作精加工, 采用粗加工电参数, 速度较快, 加工精度稍低), 再返回起割点进行第二次切割(采用精加工电参数, 切割速度较慢, 但精度较高), 再将余下的2mm 切断。将切割好的齿轮进行清洗, 去毛刺, 精度要求高的齿轮还可采用喷砂加工以提高表面质量。
3.焊接
主要是保证焊接后齿轮的位置精度及在花键上滑动灵活无阻滞的要求。如图1所示, 先在线切割机上将损坏的轮齿切除, 保证垂直, 并倒角及清理毛刺。为保证齿轮与花键轴的配合精度,
浅谈双联滑移齿轮的修复工艺
作者：李 明
来源：《职业·中旬》2010年第08期
在齿轮机构的修理工作中, 大模数、低速齿轮轮齿折断的传统修复工艺主要采用镶齿法, 而小齿轮由于加工比采购成本要高, 一般采用更换的方法。随着电火花线切割技术中齿轮加工功能的成熟及应用, 给齿轮的修理工作带来极大便利, 一些小齿轮也可采用电火花线切割直接加工, 不仅成本较低, 也缩短了修理周期。车床进给箱双联齿轮损坏, 利用电火花线切割加工与焊接工艺相结合的修理工艺进行了尝试, 取得了较好的效果。
一、故障现象
某厂一台沈阳CA6140车床由于使用不当, 造成进给箱中一个双联齿轮小端轮齿折断。双联齿轮由于结构限制, 在修理时不能采用传统修复工艺, 只能整体更换。如果将折断的轮齿切除, 用电火花线切割加工出新齿轮, 再进行焊接修复, 则可以缩短维修时间, 节约维修成本。
二、制定修理方案
进给箱内双联齿轮主要用于进给量的变换, 轮齿强度应能承受啮合时的冲击载荷, 而传动扭矩主要由花键轴承受。通过查找设计手册与齿轮零件图, 采用线切割加工出的齿轮齿面接触疲劳强度与齿根疲劳强度可满足此工况下的使用要求。齿轮与轴套焊接后焊缝主要承受变速时拨叉对轮齿的侧向压力。因此决定采用电火花线切割加工新齿轮, 再与花键轴套焊接的工艺进行修理。采用这种工艺进行修理, 应解决以下几个方面的问题:
1. 材料强度问题
齿轮一般采用45钢锻打并经调质处理以保证良好的综合机械性能和使用寿命。锻打毛坯板料可要求钢材供应商提供, 但时间较长, 而学校材料库有直径合适的40Cr 棒料(比齿轮直径大20mm 左右) 可满足坯料要求, 考虑40Cr 的机械性能比45钢优异及此双联齿轮的使用要求, 决定采用40Cr 棒料代替45钢锻打坯料。
2. 热处理与硬度测定
齿坯的调质硬度要符合技术要求, 以防硬度太低, 降低使用寿命, 但也不能高于与其啮合的齿轮硬度, 以免造成更大的损失。使用学校的热处理炉进行调质, 并用硬度计检测硬度, 使硬度比技术要求低1～2度, 以保证使用要求。
3. 焊接后的变形及齿轮与原齿轮的位置精度要求
使用工艺装备很容易保证焊接后的齿轮与原齿轮的位置精度要求, 但制作专门的工装十分麻烦, 如果使用定位凸台又会造成加工困难。考虑到双联齿轮是在花键轴上滑移, 采用花键轴作为焊接工装, 最简便的方法是在焊接时先点焊再施焊, 则可解决变形问题也容易保证精度。
三、修复工艺实施
1. 备料
采用40Cr 棒材锯削下料, 留粗磨与热处理后的精磨余量(约1mm); 在平面磨床上粗磨, 再在钻床上钻中心孔(作加工内花键穿丝孔孔使用, 直径应比花键轴小径小3～5mm) 及近外缘处钻Φ3mm的孔(作加工齿形穿丝孔使用); 进行调质处理, 并在硬度计上检测硬度是否合格; 最后精磨至齿轮要求厚度。
2. 电火花线切割加工
线切割加工是保证齿轮精度的重要工序, 电火花线切割机床具有齿轮加工功能, 因此齿坯的找正装夹是保证加工精度的关键。
(1)齿坯装夹:先清理干净穿丝孔内表面氧化皮与毛刺, 以防导电不良影响放电加工及造成断丝等故障, 清除齿坯外圆磨削后的毛刺。将齿坯固定在四块平行平尺组成的托架上(每边接触8mm 左右), 用目测法找正Φ3mm穿丝孔与机床X 轴或Y 轴平行。
(2)切割内花键:将电极丝穿入中心孔内, 利用机床自动定中心功能找出齿轮切割中心。在机床面板上输入花键与齿轮参数; 设置切割起点、切割终点, 跳步坐标, 并加入电极丝半径与放电间隙补偿值; 后置处理后生成加工程序; 设置好电加工参数:电流0.8～2A, 脉冲宽度 4～20us, 功放管2～4个, 脉冲间距比1∶5, 加工速度6。启动机床先切割加工内花键。为保证加工精度及与花键轴的配合间隙, 在加工完后, 应拆卸下电极丝用花键进行试配, 如配合较紧, 可适当加大补偿量修整一次, 以保证配合要求。注意:工件不能松动, 以防内花键与外齿形不同心造成废品。
(3)切割外齿形:拆卸电极丝, 跳步空走至Φ3mm穿丝孔, 穿好电极丝, 加工外齿形。在加工时应根据切割位置, 使用强力磁铁将已切割好的齿轮与多余坯料吸在一起, 以防齿轮切割到最后时因自重下沉变形而影响加工精度。如齿轮精度要求较高, 可采用2次切割成型的方法加工, 即第一次切割时留2mm 左右不割断(齿轮外形留0.2mm 余量作精加工, 采用粗加工电参数, 速度较快, 加工精度稍低), 再返回起割点进行第二次切割(采用精加工电参数, 切割速度较慢, 但精度较高), 再将余下的2mm 切断。将切割好的齿轮进行清洗, 去毛刺, 精度要求高的齿轮还可采用喷砂加工以提高表面质量。
3.焊接
主要是保证焊接后齿轮的位置精度及在花键上滑动灵活无阻滞的要求。如图1所示, 先在线切割机上将损坏的轮齿切除, 保证垂直, 并倒角及清理毛刺。为保证齿轮与花键轴的配合精度,