全液壓推土機連接盤內花鍵拉削工藝

朱海濤，李中元，宋超，王孟，張超

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272000

1 序言

全液壓型推土機以其操作舒適性、使用可靠性、智能集成性、節能環保性及維修方便性等多方面優勢，成為國內外主機廠升級換代的重點產品。連接盤通過內部漸開線花鍵連接太陽輪軸，是整個行星減速結構扭矩輸入端，需具有承載能力強、花鍵使用壽命長和齒面定心等特點。在整機裝配過程中，操作人員發現太陽輪軸與連接盤花鍵部分壓入困難，裝配干涉件占比60%，嚴重影響整機的下線節拍。依據產品設計要求，跟蹤測量控制齒厚的關鍵尺寸M值（圓棒測跨距），查找問題工件。

2 花鍵精度分析

2.1 外花鍵M值測量及工藝路線分析

M值是反映齒輪分度圓齒厚的一項測量指標，測量所得兩量棒之間的距離，即為跨棒距M值。因測量精度較高，在生產實際中應用較廣。

外花鍵材質為合金低碳鋼，工藝路線：粗滾花鍵→精車→滲碳淬火→磨花鍵。

檢測磨花鍵后M值均在圖樣設計公差內。外花鍵實測M值見表1。利用克林貝格P100齒輪測量儀檢測花鍵精度，均達GB/T 10095.1—2008中的8級要求，外花鍵精度良好。

表1 外花鍵實測M值 （單位：mm）

2.2 連接盤M值測量及工藝路線分析

內花鍵零件材質為合金中碳鋼，工藝路線：鍛造→粗車→調質→精車→線切割內花鍵→離子氮化。跟蹤收集線切割后內花鍵和離子氮化后內花鍵M值測量數據。

（1）線切割工序對內花鍵的影響 內花鍵測量位置如圖1所示，對每件連接盤的4個點進行M值數據采集（見表2）并分析，線切割后內花鍵呈以下特點：①同一件連接盤花鍵M值在4個點測量數值不統一，變動值在0.16mm以內。②工件上端M值均大于下端M值，花鍵上端齒厚小，下端齒厚大，花鍵齒向有錐度誤差。

圖1 內花鍵測量位置

表2 內花鍵實測M值 （單位：mm）

（2）離子氮化對內花鍵的影響 對內花鍵離子氮化前后M值進行測量，發現M值變動在0.06mm以內，同時無法修正線切割造成的齒向錐度。

2.3 分析計算關鍵因素

經分析認為，雖然離子氮化會造成M值變動，但是影響較小，圖樣要求M值公差為0.25mm，造成裝配困難的主要原因是內花鍵線切割精度差，離子氮化前M值公差需控制在0.03mm以內。為進一步確定線切割尺寸超差造成的裝配干涉，通過計算得出理論最小齒隙B＝（P－Snmax）/2＝（πm－Snmax）/2＝0.032（mm），其中P為齒距（mm），Snmax為太陽輪軸和連接盤最大齒厚之和（mm）；m為花鍵模數（mm）。

假設連接盤齒厚超差，按齒隙為0m m計算，可得出連接盤齒厚上限值Sn＝2.5447＋0.032＝2.5767（mm），根據齒厚與M值換算表，可得M值為49.88mm。當M值＜49.88mm時，兩者齒隙為負值，影響裝配。由于表2中部分連接盤M值＜極限值，因此線切割為造成裝配干涉的關鍵工序。需要引進新工藝，提升花鍵加工精度。

3 新工藝試驗

3.1 插齒工藝試驗

插齒工藝試驗設備采用宜昌長機YKD5150插齒機，刀具為錐柄插齒刀。根據連接盤齒寬105mm，全齒深5m m，計算得出插齒工藝參數：主運動行程120mm，主運動往復數91.67r/min，工進進給量0.02mm/r，圓周進給量0.06mm/r，循環次數3次/齒。

插齒后，發現連接盤下端出現讓刀現象，未能插齒到全齒深。與刀具廠家溝通，目前采用的插齒參數合理。插齒刀材料為M42工具鋼，A級插齒刀，硬度65HRC，工件經調質后硬度為30HRC，插齒刀選擇合理。經討論分析認為，出現讓刀的原因為插齒刀與主軸連接剛性不足，當工件齒寬過大時，出現插齒刀讓刀運動（見圖2）。此項工藝改善未能解決問題。

圖2 讓刀運動示意

3.2 拉削工藝試驗

拉削工藝試驗設備采用數控鍵槽拉床，刀具為花鍵拉刀。

（1）拉削力計算 內花鍵拉削工藝的開發前提是連接盤內花鍵需要的拉削力小于機床許用拉力196kN。根據復雜刀具設計手冊[1，2]，查得普通式矩形、漸開線和三角花鍵拉刀的最大拉削力Fmax計算公式為

式中，n為安全系數；Fc為切削刃單位長度上的切削力（N/mm），根據齒升量和工件硬度，選擇Fc＝282N/mm；∑b為每個刀齒切削刃總長度（mm）；Zi為同時工作齒數，Zi＝L0/P+1，其中L0為工件拉削長度（mm），P為刀具齒距（mm）；K1、K2和K3分別為前角、切削液和刀具磨損對切削力的修整系數，可近似取1。

經計算，Fmax＝1.4×282×7.51×6×9.8＝174.40（kN），小于機床許用拉力196kN，設備具備開發漸開線內花鍵拉削工藝的能力。

（2）拉削工藝制定 依據產品圖樣設計基準，采用兩側軸承端面作為工藝基準，內孔徑向定位依靠拉刀導向部位和拉刀自重，自動擺正工件。經多次試驗，最終選定拉刀外徑與內孔孔徑間隙為0.05mm，拉刀導向順利進入內孔，工件內孔與拉刀間隙為最小值[3]。同時對內孔孔徑公差進行了工藝要求，為φmm。

（3）拉胎工裝設計 拉胎（見圖3）主要保證連接盤的端面定位精度，同時對連接盤起到徑向粗定位作用。參考鍵槽拉胎的結構樣式[4]，設計下端軸承定位面為拉胎定位面，上端軸承安裝面末端為壓緊面；利用連接盤下端軸承外圓與拉胎內孔為大間隙配合，配合間隙為0.2mm，滿足連接盤粗定位功能（見圖4）。為保證內花鍵齒向精度，要求拉胎底座平面度0.02mm，平行度0.02mm，表面粗糙度值Ra＝0.8μm。

圖3 拉胎

3.3 連接盤新工藝驗證

通過以上改善措施，分別對連接盤拉削后內花鍵M值和離子氮化后M值進行測量，結果見表3。M值均穩定在公差中值附近，不同件M值誤差為0.04mm以內，表面粗糙度值Ra＝3.2μm。同一件連接盤上下端M值經測量均一致，消除了原先連接盤內花鍵出現錐度的工藝缺陷。

表3 連接盤拉削后內花鍵M值和離子氮化后M值測量結果 （單位：mm）

4 結束語

內花鍵拉削工藝的成功實施，不僅提升了花鍵精度，穩定保證了連接盤齒厚，消除了裝配干涉問題，還大幅度降低了加工成本。今后將積極應用此工藝于其他相關機型的內花鍵零件加工中。

專家點評

該文針對內花鍵線切割加工中的M值超差及齒向錐度問題，從多個方面進行工藝分析，確定線切割尺寸超差是造成裝配干涉的主要原因。并嘗試采用新的（插削和拉削）工藝方法，通過工藝試驗，最終采用拉削加工的方法，在提升花鍵精度的同時降低了加工成本，為內花鍵的加工和裝配積累了經驗。

線切割一直是內花鍵加工的主要方法，因為鉬絲切削的精度較差，因此很難控制齒厚的關鍵尺寸M值。作者積極創新，打破技術瓶頸，通過傳統工藝中的拉削加工，解決了內花鍵加工質量問題，值得學習和借鑒。