1 前言

      圓形連接器尾（wěi）部（bù）附件鎖定齒的加工, 無論在國外還是（shì）在國內, 均多采用滾齒方法。用這（zhè）種加（jiā）工方法來加工鋁合金（jīn）材料的尾部附件, 問題（tí）還不（bú）大, 而用它來加工不鏽鋼（gāng）材（cái）料的尾部附件, 問題就暴露出來了。8 3 7 2 3係列連接器為發動機用（yòng）連接器, 它的殼體和尾部附件均須用不鏽鋼製造。據我們所知,即使在國外, 加（jiā）工鎖定齒也是十分棘手的問題（tí）。滾（gǔn）輪打齒的現象經常（cháng）發生。據稱（chēng）, 一把滾齒輪在最佳情況下能加工2 0 個尾部附件, 一（yī）般隻能加工幾個或幾十個尾部（bù）附件,一個尾部附件尚未加工出（chū）來就打齒的現象也經常發生。滾齒輪在國外售價（jià）很高, 一把輪的單價平（píng）均（jun1）為2 0 0 0 元。因此, 生產不（bú）鏽鋼尾（wěi）部（bù）附件的成本過高, 難於組織正常生產。我們過去（qù）一直沿用國外的加（jiā）工方法, 每把輪的平均加工壽命為: 進口輪不足5 件,而（ér）國產輪(每把（bǎ）約50 元)則一接（jiē）觸（chù）加工表麵就斷齒。鎖定齒（chǐ）的加工問（wèn）題成為阻礙我們全麵完成（chéng）國產飛機配套任務的關鍵。為（wéi）此, 我公司決定將加工不鏽鋼鎖定齒列為重點攻關項目。

      解決（jué）鎖定齒加工問題的途徑（jìng）有二: 一是改變產（chǎn）品設（shè）計, 一是改變加工方法。第一種方法也不是不（bú）可行的, 但是它涉及規範化產品的（de）圖紙的修改, 麻煩比較多。因（yīn）此（cǐ）, 我們決定從改變加工（gōng）方法上（shàng）突破（pò）。

      2 不鏽鋼滾齒失效原因分析

      2.1 滾（gǔn）齒成形工（gōng）藝特點

      工具和(或)坯料旋轉使坯料產生塑性變形的（de）成形方法稱為旋轉加工或旋轉軋鍛。

      加工中（zhōng）坯料軸線與（yǔ）工（gōng）具軸（zhóu）線相互垂直稱為縱軋; 坯料軸線與工（gōng）具軸線相互平行稱為橫軋; 坯料軸線與工具軸線相互呈小角（jiǎo）度傾斜相交, 沿坯料軸線移動稱為螺旋斜軋。

      我們（men）從國外引進（jìn）的（de）端麵（miàn）齒加工工藝（yì）與上述三種方法均不相同。它所采用的方法是使坯（pī）料軸線與滾齒輪軸（zhóu）線（xiàn）呈45 “的（de）交角, 滾輪體水平進給（gěi）, 由坯料帶動滾齒輪旋轉, 靠滾齒輪（lún）的齒（chǐ）形仿製出（chū）坯（pī）料的端麵齒。這種（zhǒng）技術稱為仿形斜軋較為合適（shì）。詳見（jiàn）圖1 。

      在端（duān）麵齒仿形斜軋加工過程中, 滾齒輪一（yī）點點向坯料吃進, 使坯料受到不斷的重複加壓而成形。滾齒輪與坯（pī）料的接（jiē）觸麵很小,當然其變形力也（yě）就較小, 而坯料在加工過程（chéng）中所要（yào）求的變形率卻（què）很高, 這是一個矛（máo）盾。滾齒成形的優點在（zài）於它屬於無切削加工, 因此材料利用率高（gāo）, 可在坯（pī）件上獲得連續性纖維組織, 使滾齒過（guò）程中的（de）軋壓部位的強度增高（gāo）。另（lìng）外, 在滾齒（chǐ）過程中滾齒輪旋轉平穩, 所產生的工作噪（zào）音和振動都較小。不過（guò）, 為散除變形熱, 滾齒的整個過程中要不斷地（dì）加注冷卻潤滑液。

      2. 2 滾齒成形的工（gōng）藝參數所用機床:

      In d e x B6 o 滾製鋁件（jiàn）用,

      In d e x G E 4 2 滾製（zhì）各種材料件用;切削速（sù）度v :

      鋁1 8 0 m / m in ,

      鋼, 不鏽鋼6 ~ 1 2 m / m in ;

      進給量(走刀量（liàng）)S : 0. 0 4 m m /r;

      滾齒外徑D : 為圖紙最終直徑, + 0. 10 m m ;

      精車端麵齒時內外徑的走刀次數2次(精車的目的是（shì）防止毛刺向齒槽（cáo）內側倒進, 在工藝上要求無毛刺)。

      2. 3 滾齒成形（xíng）運動

      如圖2 所示, 在滾齒過程（chéng）中, 坯件與滾輪軸線（xiàn）的（de）交角為45 “ 。坯件為主動件（jiàn）, 其回（huí）轉軸線（xiàn）為0 2 0 2 , ; 滾齒輪為從動件, 其回轉軸線為以〕, 。坯（pī）件與滾齒輪的公共交線為A A , (實際為一平麵（miàn）)。傳（chuán）動比為

      滾齒（chǐ）輪的（de）齒形尺寸沿A 刃向頂點O 成正比例減小。在齒的滾軋過程中, 滾齒輪上的（de）各點距頂點O 的距離保持不變。故其齒形可在O A 及O A 的扇麵上畫出。坯件（jiàn）沿軸0 2 0 : ‘回轉, 端麵齒上的各點距頂點O 的距離保持（chí）不變。坯件的齒形可在0 2A 及0 2刃（rèn）的扇麵上（shàng）畫出。坯件與滾齒輪之間的展成運動是複雜的（de）。

      2. 4 滾齒（chǐ）輪受力圖

      滾齒成（chéng）形力Q 可分解為圓周力屍和分力T, 見圖3 。

      2. 5 滾齒成形失效現象、產生原因及改（gǎi）正（zhèng）措施

      2. 6 用等（děng）強度梁理論分析滾齒輪斷齒

      原因在機械結構中采用變剖麵梁, 使其在載（zǎi）荷作用下的任一剖麵邊緣上的正應力均等於材料的（de）許用應力, 這種梁稱為等強度梁。

      假（jiǎ）設旋軋成形的全（quán）部載荷均由一（yī）個齒來承擔, 而且滾齒輪沿（yán）截麵為齒厚b 的不變的矩形, 則滾齒輪受力的情況（kuàng）可以簡化為（wéi）一個（gè）受集中的（de）力Q 作用的（de）懸臂（bì）梁, 見圖4。

圖4 端麵齒的（de）受力分析

      此時, 按等強（qiáng）度條件, 則齒寬（kuān）hx 沿齒高

      由公式( l) 可知, 按等強度條件, 齒寬h x 與距齒頂距離X 應呈拋物線形變化。滾（gǔn）齒輪的輪齒形狀是頂角（jiǎo）為90。的直角等腰三（sān）角形。滾齒高hx , 一ZX 。由此可見, 除齒頂與齒根三點與等（děng）強度拋物線重合外（wài）, 滾齒輪齒形（xíng）上的其餘各點（diǎn）均呈強度（dù）條件不足狀（zhuàng）態。

      2. 7 奧氏體不（bú）鏽鋼材料特性對斷齒的影響常用於加工端麵齒的材料的機械性能見表3 .

      鋁合金件滾齒, 隻要滾齒輪的選擇恰當、調（diào）整合理, 則坯（pī）件滾齒的成形良好。國產（chǎn）滾齒輪（lún）加（jiā）工出的齒不錯, 滾齒輪本身的壽命也相當長。奧氏體不鏽鋼（gāng）無磁性, 韌性與塑性值均（jun1）甚高, 無法通（tōng）過熱（rè）處理相變使其強化, 但確可以（yǐ）通過冷加工使其強化。

      在仿形斜軋過程中, 奧氏體不鏽鋼經滾齒輪不斷衝軋而產生塑性變（biàn）形。連續脈動的旋軋使（shǐ）變形區逐漸強化（huà）, 表麵硬度增高, 使得滾齒輪輪齒的成形載荷Q 也逐漸增加,見圖4 。滾齒輪齒的強（qiáng）度並不很大, 一（yī）旦內應力大於許用應（yīng）力就會出現輪齒的連續折斷。這一現象充分（fèn）解（jiě）釋了為什麽（me）用同一滾齒輪在對鋁件（jiàn）進行仿形加工時表現得工作良好和壽命很長, 而一旦用來加工不鏽鋼件時（shí）滾齒（chǐ）便紛紛折斷。

      2. 8 輪齒折斷的主要原因之一是脈（mò）動循環應力（lì）

      滾齒輪在對坯件進行仿形斜軋時（shí）, 輪齒（chǐ）所承受的是脈動循環載荷。這種交變載荷在輪齒上產生交變應（yīng）力。在對鋁（lǚ）合金進行滾齒成（chéng）形時, 因其成形力小, 所產生的交變應力相應地也小。而在（zài）滾製（zhì）不鏽鋼件時, 因其成形力大, 而且這（zhè）一成形（xíng）力隨變形區的（de）強（qiáng）化而（ér）不斷增大, 輪齒內（nèi）所產生的交變應力也相應地增大, 從而在滾齒輪輪齒強度（dù）薄弱的部位出現裂紋。裂紋隨加工時（shí）間的增加而逐漸擴（kuò）展, 直至輪齒驟然折斷。在生產實踐中, 這樣的情形是常見的（de）: 在料、機床、刀具不變的情況下, 加工前一個零件時滾齒輪的齒形尚未發（fā）現損傷, 而加工完下一個零件時, 輪齒就全部打（dǎ）光了。這是脈動循環應力的累（lèi）積所致。

      2. 9 進口的滾齒輪在設計上有問（wèn）題（tí）生產實踐證明, 用進（jìn）口的滾（gǔn）齒輪加工不鏽鋼端麵（miàn）齒並不理想。

      間題在（zài）於這種設計方法以坯件端麵齒小（xiǎo）徑處的節距作為設計和製造（zào）滾齒（chǐ）輪的基準節距。

      這樣的滾齒輪的實際受力部位在輪齒內端, 見圖5 。輪齒橫截麵積具有向心（xīn）部逐漸（jiàn）縮小（xiǎo）的（de）特點, 故（gù）齒內（nèi）端部位的（de）橫截麵積最小, 此（cǐ）處的承載能力當然也最差(可將輪齒受力情況簡化為懸臂梁（liáng）來做分（fèn）析、

      另外, 這種設計方（fāng）法既沒有充分考慮鋁合金（jīn）與奧氏體不鏽鋼材料特性上（shàng）的差異（yì）, 又沒有注意到零件結構上的差異. 奧氏體不鏽（xiù）鋼件塑性變形（xíng）區大, 對滾齒輪的強度要求要比加（jiā）工鋁合金（jīn）件高得多。我們何不用滾齒輪輪齒的中部乃至於其大端（duān）來仿形斜軋呢? 而這恰恰是增強（qiáng）滾齒輪強度的突破口。

      2. 10 輪齒折斷的另一主要原（yuán）因是其熱處理缺陷表2 中表明滾齒輪的熱處理缺陷是其失效的主要因素。

      要想得到合格的（de）端麵（miàn）齒, 滾齒輪的齒形務必是清棱清角的。而眾所周知, 棱角（jiǎo）處從來就是熱處理中最（zuì）易產生缺陷的地方, 特別（bié）是輪齒內端更易產生裂紋、過燒、脫碳、過脆等問題。這都將降（jiàng）低滾齒輪的使用壽命。因熱處理不當而造成的滾齒輪失效占失效總數的4 % , 就充分說明（míng）了這一問題。

      3 不鏽鋼端麵齒的仿形（xíng）斜軋加工方（fāng）法

      仿形斜軋加工方法是我們摸索出來的符合我國國情的滾齒輪設計方法（fǎ）, 是不鏽鋼端麵齒加工的訣竅。它的成功為完成國產化飛機配套任務提供了一個保證。

      3. 1 工藝參（cān）數

      所用機床:

      In d e x B6 o 滾製鋁件用,

      In d e x G E 4 2 滾製各種材料件用;切削速度v :

      鋁1 8 0 m / m in ,

      鋼（gāng）, 不（bú）鏽鋼6 ~ 1 2 m / m in ;

      進（jìn）給量(走刀量)S : 0. 0 4 m m /r;

      滾齒外（wài）徑D : 為圖紙（zhǐ）最終直徑, + 0. 10 m m ;

      精車（chē）端麵齒時內外徑的走刀次數2次(精車的目的是防止毛刺向齒（chǐ）槽內側倒進, 在工藝上要求無毛刺)。

      3. 2 調整要點

      要成功地旋軋不鏽鋼端麵齒必須提高滾齒輪的輪齒強度。從這一論點出發, 提（tí）出了用輪齒（chǐ）中部（bù）旋軋成形的加工方法, 如圖（tú）6所示。

      新的滾齒輪的設（shè）計特點是特意加長輪齒長度, 使旋軋過程中的受力部位由輪齒內端改為（wéi）輪齒（chǐ）中部, 從而使受力狀況簡化成為簡支（zhī）梁狀況。這樣做（zuò）顯然使輪齒的承載能力大大提高。

      3. 3 滾齒輪的選取

      選用新的滾齒輪的方法可（kě）表現為如下

      計算公（gōng）式:

 

      3. 5 滾齒輪材料

      滾齒輪材料的選取是一個十分重要的問題. 國外推薦（jiàn）使用的材料為A. R. 5.高速鋼, 其牌號為Z 8 0W K 18 -10 , 熱處理後的硬度為H R C 60 -6 2.加工不鏽鋼端麵齒時（shí）, 滾（gǔn）齒輪的工作條件十分惡劣（liè）, 因而它所用的（de）材料更（gèng）應慎重（chóng）選擇。一般地（dì）說, 製造滾齒輪的材料應具有熱處理（lǐ）變形小、硬度高、抗衝擊韌性好、耐疲勞等特性. 在製（zhì）造工藝上則要求齒（chǐ）形均勻、表麵（miàn）光潔度好, 不應有表2 中所羅列（liè）的各種缺陷。

      3. 6 實際應用效果

      我們（men）用新方法成功地加工了（le）多種規（guī）格的端麵齒（chǐ）, 並組織批量生產, 一次（cì）交驗合格率達1 0 0%, 結束了我們不能正常生產不鏽鋼尾部附件的曆史。

      用新方法加工不鏽鋼端麵（miàn）齒時, 滾齒輪的壽命大大提高（gāo）, 不僅進口輪的（de）壽命提高5~ 10 倍（bèi）, 而且可以用國產輪來加工不鏽鋼（gāng）端麵齒零件。合格的產品向人們表明, 國產輪同（tóng）樣能加工出優良產品。這不僅降低了成本, 而且解除了（le）對進口（kǒu）滾齒輪的（de）依賴。

      采用新的（de）調整方法還加寬了滾（gǔn）齒輪的適應範圍, 同一（yī）個（gè）滾齒（chǐ）輪可以用來加工多種尺寸的零件. 因輪齒加長, 滾輪壽（shòu）命也相應（yīng）提高。除此而外, 尚可用它來加工其它零件,效果同樣令人滿意。

      4 結束語

      我們在加工不鏽鋼端麵齒（chǐ）方麵取得了一些成績（jì）, 但是這項研究尚未徹（chè）底完成。用這種仿形斜軋技術來滾齒（chǐ）, 雖具有應用靈活的特點, 但它最適合的是（shì）小批量多品種（zhǒng）的生產方式。大批量生產中究（jiū）竟采用什麽加工方（fāng）式更理想、更（gèng）經濟（jì）、更方便, 尚待我們作進一步的（de）研究。