1 前言

      圓形連接器尾（wěi）部附件（jiàn）鎖定齒的加工, 無論在國外還是在國內, 均多采（cǎi）用滾齒方法（fǎ）。用（yòng）這種加工（gōng）方法來加工鋁合金（jīn）材料的尾部附件, 問題還不（bú）大, 而用它來加工不鏽鋼材料的尾部（bù）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連接器, 它的殼（ké）體和尾部（bù）附件均須用不鏽鋼製造。據我（wǒ）們所知,即使在國外, 加工鎖定齒也是十分棘手的問題。滾輪打齒的現象經常發生。據稱（chēng）, 一把滾齒輪在最佳情況下能加工2 0 個尾部（bù）附件, 一般隻能加工幾（jǐ）個或幾十個尾部附件,一個尾部附件尚未加工出來就打齒的現象也經常發生。滾齒輪在國外售價很（hěn）高, 一（yī）把（bǎ）輪的單價平（píng）均（jun1）為（wéi）2 0 0 0 元。因此, 生產不鏽鋼尾部附件的成本過高, 難（nán）於組織正常生產。我們過去一直沿用國外的加工方法, 每把輪的平均加工壽命為: 進口輪不足5 件,而國產輪(每把約50 元)則一（yī）接觸加工表（biǎo）麵就斷齒。鎖定齒（chǐ）的加工問題（tí）成為阻礙我們全麵完成國產飛機配套任務的關（guān）鍵。為此, 我（wǒ）公司決定將加工不鏽鋼鎖定齒列為重點攻關項目（mù）。

      解（jiě）決（jué）鎖定齒加工問題的途徑有二: 一是改變產品設計, 一是改變加工方法。第一（yī）種（zhǒng）方法也不是不可行的, 但是它涉及規範化產品的圖紙的修改, 麻煩比較多。因此, 我們決定（dìng）從改變加工方（fāng）法上突破。

      2 不鏽鋼滾齒失效原因分析

      2.1 滾齒成形工藝特點

      工具和(或)坯料旋轉使坯料（liào）產生塑性（xìng）變形的成形（xíng）方法稱為旋轉加工或旋轉軋（zhá）鍛。

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

      我們從國外引進的端麵（miàn）齒加工工藝（yì）與（yǔ）上述三種（zhǒng）方法均不相（xiàng）同。它所采用的方法是使坯料（liào）軸線與滾齒輪軸線呈45 “的交角, 滾（gǔn）輪體水平進（jìn）給, 由坯料帶動（dòng）滾齒輪旋轉, 靠滾齒輪的齒形仿製出坯料的端麵齒。這種技（jì）術稱（chēng）為仿形斜軋較為合適。詳見圖1 。

      在端麵齒仿形斜軋（zhá）加工過程中, 滾齒輪一點點向坯（pī）料（liào）吃進, 使（shǐ）坯料受到不斷的重複加壓而成形。滾齒輪與（yǔ）坯料的接觸（chù）麵很小,當然其變形力也就較小, 而坯（pī）料在加工過程中（zhōng）所要求的變形率卻很（hěn）高, 這是一個矛盾。滾齒成形的（de）優點在於它屬於無切削加工（gōng）, 因此材料利用率高, 可在坯件上獲得連續性纖維組織, 使滾齒（chǐ）過程中的軋壓部（bù）位的（de）強度增高。另外, 在（zài）滾齒過程中滾（gǔn）齒輪旋轉平穩, 所（suǒ）產生（shēng）的工作噪音（yīn）和振動都較小。不過, 為散（sàn）除變形熱（rè）, 滾齒的整個過（guò）程中要不斷地加注冷卻潤滑液。

      2. 2 滾齒成形（xíng）的工藝參數所用機床:

      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（qiē）削速（sù）度（dù）v :

      鋁1 8 0 m / m in ,

      鋼, 不鏽鋼6 ~ 1 2 m / m in ;

      進給量(走刀量)S : 0. 0 4 m m /r;

      滾齒（chǐ）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（cì）(精車（chē）的目的是防止毛刺向齒槽內側倒進, 在工藝（yì）上（shàng）要求無毛刺)。

      2. 3 滾齒成形運（yùn）動

      如圖（tú）2 所（suǒ）示, 在滾齒過（guò）程中, 坯件與滾輪軸線的（de）交角為45 “ 。坯件為主動件, 其回轉軸線為0 2 0 2 , ; 滾（gǔn）齒輪（lún）為從動件, 其回轉軸線為以〕, 。坯件與滾齒輪的公共交線為A A , (實際為一平麵)。傳動比為

      滾齒輪的齒形尺寸沿A 刃向頂點O 成正比例減小。在齒的滾軋過程中, 滾齒輪上的各（gè）點（diǎn）距頂點O 的距離保持不變。故其齒形可在（zài）O A 及O A 的（de）扇麵上畫出。坯件沿軸0 2 0 : ‘回轉, 端麵齒上的各（gè）點距頂點（diǎn）O 的距（jù）離保持（chí）不變。坯件的齒形可在0 2A 及0 2刃的扇麵（miàn）上（shàng）畫出（chū）。坯件與（yǔ）滾（gǔn）齒輪之間（jiān）的展成運（yùn）動是複雜的。

      2. 4 滾齒輪受（shòu）力圖

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

      2. 5 滾齒成形（xíng）失（shī）效現象、產生原因及改正措施

      2. 6 用等強度梁理論（lùn）分析滾齒（chǐ）輪斷齒

      原因在機械結構中采用變剖麵梁, 使（shǐ）其在載荷作用下的任一剖麵（miàn）邊緣上的正應力均等（děng）於材料的許用應力（lì）, 這種梁稱為（wéi）等（děng）強度梁。

      假設（shè）旋軋成（chéng）形的全部載（zǎi）荷均由（yóu）一個齒來承擔, 而且（qiě）滾齒輪沿截麵為齒厚b 的不變的矩形, 則（zé）滾齒輪受力的情況可以簡化為一（yī）個受集中的力Q 作用的懸臂梁, 見圖4。

圖4 端麵齒的受（shòu）力分析

      此時, 按等（děng）強度條件, 則齒寬hx 沿齒高

      由公式( l) 可知, 按（àn）等強度條件, 齒寬h x 與距齒頂距離X 應（yīng）呈（chéng）拋物線形變化。滾齒輪的輪齒形狀是頂角為90。的直角等腰三角形。滾齒高hx , 一ZX 。由此可見, 除齒頂與（yǔ）齒（chǐ）根三點與等強度拋物線重合（hé）外, 滾齒輪齒形上的其餘各點均呈強度條件不（bú）足狀態。

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

      鋁（lǚ）合金件滾齒, 隻要滾齒輪的選擇恰當、調整合理, 則坯件滾齒的成（chéng）形良好。國產滾齒輪加工出的齒不錯, 滾齒輪本身的壽命也相當長。奧氏體不鏽鋼無（wú）磁性, 韌（rèn）性與塑性值均甚高（gāo）, 無法通過熱處理相變（biàn）使其（qí）強化, 但確可以通過冷加（jiā）工（gōng）使其強化。

      在仿形斜軋過（guò）程中（zhōng）, 奧氏體不鏽鋼經滾齒輪（lún）不斷衝軋而產生塑性變形。連續脈動的旋軋使變形區逐（zhú）漸強化, 表麵硬度增高, 使得滾（gǔn）齒輪輪齒的成形載荷Q 也（yě）逐漸增加,見（jiàn）圖4 。滾齒（chǐ）輪齒的強度並不很大, 一旦內應力大於許用應力就會出現輪齒的連續折斷。這一現象充分解釋了為什麽用同一滾齒輪在對鋁件進（jìn）行仿形加工時（shí）表現得工作良好和壽命很長（zhǎng）, 而一（yī）旦用來加工不鏽鋼件時滾齒便紛紛折斷（duàn）。

      2. 8 輪齒折斷的主要原因之一是脈動循環應（yīng）力

      滾齒（chǐ）輪在（zài）對坯件（jiàn）進行仿形斜軋時, 輪齒所承受的是脈動循環載荷。這種交（jiāo）變載荷在（zài）輪齒上產（chǎn）生交變應力。在對鋁合（hé）金進行滾齒成形時（shí）, 因其成形（xíng）力小, 所（suǒ）產生的交變應力相應地也小。而在滾製不鏽鋼件（jiàn）時, 因其成形力大, 而且這一成形力隨變形區的強化而不斷增大（dà）, 輪齒內所產生的交變應力也相應地增（zēng）大, 從而（ér）在滾齒輪輪齒強度薄弱的部位出現裂紋。裂紋隨加工時間的增加而逐漸擴展, 直至輪齒驟然折斷。在生產實踐中, 這樣的（de）情形（xíng）是常見的: 在料、機床、刀具不變的情況下, 加工前一個零（líng）件時滾齒輪的齒形尚未發現損（sǔn）傷, 而加工完下一個零（líng）件時, 輪齒就全部打光了。這是脈（mò）動循環（huán）應力的累積所致。

      2. 9 進口的滾齒輪（lún）在設計上有問題生產實踐證明, 用進口的滾齒輪加工不鏽（xiù）鋼端（duān）麵齒並不理想。

      間（jiān）題在於這種（zhǒng）設計方法以坯件（jiàn）端麵齒（chǐ）小徑處的節距作為設計和製造滾齒輪的基準節距。

      這（zhè）樣的滾齒輪的實際受力部位在輪齒內（nèi）端（duān）, 見（jiàn）圖5 。輪齒橫截麵積具有向心（xīn）部（bù）逐漸縮小的特點, 故齒內端部位的橫（héng）截麵積最小, 此處的承載能力當然也最差(可將輪齒受力情況簡化為（wéi）懸臂梁來做分析、

      另外, 這種設（shè）計方法既沒有充分考慮鋁合金與奧氏（shì）體不鏽鋼材料特性上的差（chà）異, 又沒有注意到零件結（jié）構上的差異. 奧氏（shì）體不鏽（xiù）鋼件塑性變形（xíng）區大（dà）, 對滾齒輪的強度（dù）要求（qiú）要比加工鋁合金件高得多。我（wǒ）們何不用滾齒輪輪齒的（de）中（zhōng）部乃至於其大端來仿形斜軋呢? 而這恰恰是增強滾齒輪強度的突破（pò）口。

      2. 10 輪齒折斷（duàn）的另一主要原因是其熱處理缺陷表2 中表明滾齒輪的熱（rè）處（chù）理缺陷是其（qí）失效的主要（yào）因素。

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

      3 不（bú）鏽鋼端麵齒的仿形斜軋加工方法

      仿形斜軋加（jiā）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, 是不鏽鋼端麵齒加工（gōng）的訣竅。它的成（chéng）功為完（wán）成（chéng）國產化飛機配套任務提供了一個保證。

      3. 1 工藝參數

      所用機床:

      In d e x B6 o 滾製（zhì）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, 不鏽鋼6 ~ 1 2 m / m in ;

      進給量(走刀量)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(精車的目的是防止毛（máo）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, 提出了用輪齒中（zhōng）部旋軋成形的（de）加工方法, 如圖6所示。

      新的滾齒輪的設計特點是特意加長輪齒長度, 使旋（xuán）軋過程中的受力部位由輪齒內端改為輪齒中（zhōng）部, 從而使受力狀況簡化（huà）成為簡支梁狀況。這樣做顯然使輪齒（chǐ）的承載能力大大提高。

      3. 3 滾齒輪的選取

      選（xuǎn）用新的滾齒輪的方法（fǎ）可表現為如下

      計算（suàn）公式:

 

      3. 5 滾齒輪材料

      滾齒輪（lún）材料的選取是一個十分重要的問（wèn）題. 國（guó）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, 滾齒輪（lún）的工作條件十分惡劣, 因而它所用的材料更應慎（shèn）重選擇。一般地說, 製造滾齒輪的（de）材（cái）料應具有熱處理變形小、硬度高（gāo）、抗衝擊韌性好、耐疲勞等特性. 在製造工藝上則要求齒形均勻、表麵光潔度好, 不應有表2 中所羅列的各種缺陷。

      3. 6 實際應用效果

      我們用新方法成功地加工了多種規格的端麵齒, 並組織批量生產, 一（yī）次（cì）交驗合格率達1 0 0%, 結束了我們（men）不能（néng）正常生產不鏽鋼尾部（bù）附件的曆史。

      用新方法（fǎ）加工不鏽鋼端麵齒時, 滾（gǔn）齒輪的壽命大大提高, 不僅進口輪的壽命提高5~ 10 倍, 而且（qiě）可以用國產輪來加工不鏽鋼端麵（miàn）齒零件（jiàn）。合格的產品向人（rén）們表明, 國產輪同樣能加工出優良產品。這不僅降低了（le）成本, 而且解除了對進口滾（gǔn）齒輪（lún）的依賴。

      采用新（xīn）的（de）調整方法還加寬了滾齒輪的適應範圍, 同一個滾齒輪（lún）可以用來加工多種尺寸的零件. 因輪（lún）齒加長, 滾輪壽命（mìng）也相應提高。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（men）在加工不鏽（xiù）鋼端麵齒方（fāng）麵取得了一些成績（jì）, 但是這項研究（jiū）尚（shàng）未徹底完成。用這種仿形（xíng）斜軋技術（shù）來滾齒, 雖具有應用靈活的特點, 但它最適合的是小批量多品種的生產方（fāng）式。大批量生產（chǎn）中究竟采用什麽加工方式更理想、更經濟、更（gèng）方便（biàn）, 尚待我（wǒ）們作進一步的研究。