摘要：对齿轮安装槽的实用性和经济性进行分析，通过对产品设计、铸造工艺和机加工工艺进行优化，大大降低了齿轮槽的加工难度，节约了成本，提高了生产效率。
1.齿轮槽在加工零件上的位置结构
本公司生产的2245采煤机摇臂壳体内腔，有一个齿轮安装槽需要加工（见图1）。摇臂壳体的材质为铸钢25MnNi，齿轮的安装空间是直径为330mm、宽60mm的非常窄小的圆弧槽，整个槽都要进行加工。安装齿轮的轴孔最小直径为70mm，而且其一端是盲孔。
图1摇臂齿轮槽剖视图
2.加工难点分析
现有加工中存在以下几方面问题：①刀具安装困难。由于轴孔太小，仅为φ70mm，刀具无法直接从φ70mm孔进入，只能从临近孔安装刀具，存在安装空间小、视线不好以及对刀具的紧固和调整困难等问题。②现有壳体的齿轮槽铸造时没有铸出，槽只能用加工的方法挖出，加工量大。③由于轴孔直径70mm限制了刀杆的直径，加工时镗刀伸出165mm太长，刀杆太细，容易打刀，因此切削时背吃刀量小且速度低，加工效率非常低。④由于槽的宽度仅有60mm，且没有铸出，用普通镗刀加工无法退刀，如果用尖刀挖出，因槽太深，吃刀量小、速度低，加工十分困难，所以不可取。
3.现有加工方法
根据车间现有的加工装备，无法在保证图样要求的情况下，按期完成任务。因此，车间采用从侧面进行铣开的方法，把槽的空间从侧面挖出来，然后再用一块盖板焊上。加工焊接后的情况如图2所示。这样加工效率虽然高，但是破坏了壳体本身的结构设计，同时可能因焊接缺陷而造成壳体渗油或漏油，给壳体质量带来隐患。
图2摇臂齿轮槽开槽焊接图
4.工艺分析
查阅装配图样，发现此处装配一个直径为320mm、齿宽为20mm的齿轮，该槽为齿轮的旋转空间，对精度的要求并不高，如果不影响齿轮旋转，那么直接铸造出来更加经济、实用，但是考虑到摇臂壳体结构复杂，外形尺寸比较大，齿轮安装槽的半径方向和轮齿的间隙仅为5mm，如图3所示，同时因铸造工艺手段的限制，铸造尺寸不会像加工尺寸那样准确，而往往会在铸造过程中出现尺寸偏差、铸造缺陷等问题，导致壳体加工后，齿轮装配困难，因此仅靠铸造保证该处空间尺寸符合图样要求，还存在一定的风险，因此为了保证尺寸达到图样要求，应该对该处进行刀检。刀检的优点在于加工余量有限、保证尺寸准确。为了保证刀检顺利进行，尽量减少刀检的加工量，在机加工时通过对毛坯划线工序的控制，进一步保证安装槽径向尺寸，进而通过粗加工、刀检达到图样要求。
图3齿轮槽处三维剖视图
5.齿轮安装槽加工解决方案
（1）图样设计的改进：鉴于齿轮安装槽的实用性、经济性以及加工的工艺性，和研发人员进行沟通，在研发人员的认可下，将安装槽的尺寸加工改为刀检。
（2）铸造工艺的改进：通过更改铸造工艺，制作分体的型芯，考虑型砂的收缩率，保证铸造尺寸，选用合适的型砂，避免粘砂造成清砂困难。控制铸造表面精度，将齿轮槽尺寸铸造出来，使槽的尺寸和表面精度在铸造之后，尽量达到图样设计要求。
（3）利用划线工序保证齿轮安装槽位置尺寸：为了进一步保证齿轮安装槽铸造位置尺寸，使其符合图样要求，在粗加工划线时，对摇臂壳体进行合理的余量分配。在保证摇臂壳体主要尺寸达到图样要求的情况下，兼顾保证齿轮安装槽的尺寸符合图样要求。
（4）加工方法的改进：为了进一步保证齿轮安装槽尺寸符合图样要求，对该槽进行刀检。
6.刀检
（1）刀具材料的选择：因加工齿轮安装槽的刀伸出太长，刀杆太细，且刀检主要去除的是铸造的高点或切入深度为1～2mm的余量，因此表面硬度大，对刀具要求非常苛刻。车间现有两种材质的刀具，一种是具有高性能的高速工具钢，另一种为焊接的硬质合金钢。常用硬质合金钢的硬度为72～82HRC，比高速钢的硬度62～70HRC高得多，在600℃时，硬质合金的硬度超过了高速钢的常温硬度；在800～1000℃时，硬度合金刀具尚能进行切削。因此硬质合金的切削性能比高速钢高得多，刀具寿命可提高几倍到几十倍，但是硬质合金的韧性、抗弯强度及工艺性都比高速钢差得多，所以使用硬质合金刀具要避免承受冲击载荷。因刀杆和刀具伸出长度的限制，致使加工时速度非常低，加工时的冲击力并不大，因此可选用硬度和耐磨性更高的硬质合金刀具。
（2）镗刀的选择：由于镗刀伸出太长，为了增加刀具的刚性，选用整体式的盲孔焊接镗刀，并通过计算，从刀尖测量长度（φ330mm／2＋刀杆孔长度）到刀柄并做标记，利于镗刀长度的调整。
（3）镗削方法的选择：在加工齿轮安装槽时，由于槽宽仅为60mm，因此在加工时，利用机床正反转功能，进行镗削退刀，将槽加工到尺寸。
7.结语
通过对设计、铸造和机加工的合理安排，使齿轮槽的设计、制造的工艺性更加优化，降低了加工成本，提高了加工效率，保证了安装需要。
本文发表于《金属加工（冷加工）》2016年第17期28页，版权归金属加工杂志社所有。
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