1 前言

      圓（yuán）形連接（jiē）器（qì）尾部附件鎖定齒的加工, 無論在國外（wài）還（hái）是在國內, 均多采用滾齒方法。用這種（zhǒng）加工方法來加工鋁合金材料的尾（wěi）部附件, 問題還不大, 而（ér）用（yòng）它來加工不鏽鋼材料的尾部附件, 問題就暴露出來了。8 3 7 2 3係列連接器為發動機用連接器, 它的（de）殼體和尾（wěi）部附件均須用不鏽鋼製造（zào）。據我們所知,即使在國外, 加工鎖定齒也是十分棘手的問題。滾（gǔn）輪打齒的（de）現象經常發生。據稱, 一把滾齒輪在最佳情況下能加工2 0 個尾部附件, 一般隻能（néng）加（jiā）工幾個或幾（jǐ）十個（gè）尾部附件,一個尾部附件尚未加工出來就打齒的現象也經（jīng）常發（fā）生。滾齒輪在國外售價（jià）很高, 一把輪的單價平均為2 0 0 0 元。因此, 生產（chǎn）不（bú）鏽鋼尾部附件的成本過高, 難於組織正常（cháng）生產。我們過去一直沿用國外的（de）加工方法, 每把輪的（de）平（píng）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）接觸加工表麵就斷齒。鎖定齒的加（jiā）工問題成為（wéi）阻礙我們全麵完成國產（chǎn）飛機配套任務（wù）的關鍵。為此, 我公司決定將加（jiā）工不鏽鋼（gāng）鎖定齒列為重點攻關項目。

      解決鎖定齒加（jiā）工問題的途（tú）徑有二（èr）: 一是改變產品設計, 一是改變加工方法。第一種方法也不是不可行（háng）的, 但是它涉及規（guī）範化產品的圖紙（zhǐ）的修改（gǎi）, 麻煩比較多。因此（cǐ）, 我們決定從改變加工方法上突破。

      2 不鏽鋼滾齒失（shī）效（xiào）原因分析

      2.1 滾齒成形（xíng）工（gōng）藝特點

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

      加工中坯料軸線（xiàn）與工具軸線相互垂直（zhí）稱為縱軋; 坯料軸線（xiàn）與工具軸線相互（hù）平行稱為橫軋; 坯料軸線與工（gōng）具（jù）軸線相互呈（chéng）小角度傾斜相（xiàng）交, 沿坯（pī）料軸線移動稱為螺旋斜軋。

      我們從國外引進的端麵齒加工工藝與上述三種方法均不相同。它（tā）所采用的方法是使坯料軸線與滾齒輪軸線呈45 “的交角, 滾輪（lún）體水平進給, 由坯（pī）料帶動滾齒輪旋轉, 靠滾齒輪的齒形仿（fǎng）製出坯料的端麵齒（chǐ）。這種技術稱為仿形斜軋較為合適。詳見圖1 。

      在端麵齒仿形斜軋加工過程中, 滾齒輪一點點向坯料吃進, 使坯（pī）料受到（dào）不斷的重複加壓而成形。滾齒輪與坯料的接觸麵很（hěn）小,當然其變形力也就較小, 而坯料在加工過程中所要求的變形（xíng）率卻很高, 這是一個矛（máo）盾。滾齒成（chéng）形的優（yōu）點在於它屬（shǔ）於無切削（xuē）加（jiā）工, 因此材料利用率高, 可在坯（pī）件上（shàng）獲得連續（xù）性纖維組（zǔ）織, 使（shǐ）滾齒過程中的軋壓（yā）部位的強度增高。另外, 在滾齒過程（chéng）中滾齒輪旋轉平穩, 所產（chǎn）生的工作噪（zào）音和（hé）振動都較小。不過, 為散除變形熱, 滾齒的（de）整個過（guò）程中要不斷地加注冷（lěng）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（gǔn）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, 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（jīng）車（chē）端麵齒時內（nèi）外徑的走刀次數2次(精（jīng）車的目的是防止毛刺向齒槽內側倒進, 在工藝上要（yào）求（qiú）無（wú）毛刺（cì）)。

      2. 3 滾齒成形（xíng）運動

      如圖（tú）2 所示（shì）, 在滾齒過程中, 坯件與滾輪軸線的交角為45 “ 。坯件為主動件, 其回轉軸線為0 2 0 2 , ; 滾齒輪為從動件, 其回轉軸線為（wéi）以〕, 。坯件與滾齒輪的公（gōng）共交（jiāo）線為A A , (實際為一平麵)。傳動比為

      滾齒（chǐ）輪的齒形（xíng）尺寸沿A 刃向（xiàng）頂（dǐng）點（diǎn）O 成正比例減小。在齒的滾軋過程中, 滾齒輪上（shàng）的各點距頂點O 的距離（lí）保持不變。故其齒形可在O A 及O A 的扇（shàn）麵上畫出。坯（pī）件沿軸（zhóu）0 2 0 : ‘回轉, 端麵齒上的各點距（jù）頂點O 的距離保持不變。坯件的齒形可在0 2A 及0 2刃的扇麵上畫出。坯件與滾齒輪之間的展（zhǎn）成運動是複雜的。

      2. 4 滾齒（chǐ）輪受力圖

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

      2. 5 滾齒成形失效現象、產生原因及改正措施

      2. 6 用等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（miàn）梁, 使（shǐ）其（qí）在（zài）載荷作用下的任一剖麵邊緣上（shàng）的正（zhèng）應力均等（děng）於材料的許用應（yīng）力, 這種梁稱為等強度梁。

      假設旋軋成形的（de）全部載荷均由（yóu）一個齒來承擔, 而且滾齒輪沿截麵為齒（chǐ）厚b 的不變的矩形, 則滾齒輪受力的情況可以（yǐ）簡化為一個受（shòu）集中的力Q 作用的懸臂梁, 見圖4。

圖4 端麵齒的受力分析

      此時, 按等強度條件, 則齒寬hx 沿齒高（gāo）

      由公（gōng）式( l) 可知, 按（àn）等強度（dù）條件, 齒寬h x 與距齒（chǐ）頂（dǐng）距離X 應呈（chéng）拋物線形變化。滾齒（chǐ）輪的（de）輪齒形狀是頂角為90。的直角等腰三角形。滾（gǔn）齒高hx , 一ZX 。由（yóu）此可見, 除齒頂與齒根三點與等強度（dù）拋物線重合外, 滾齒（chǐ）輪齒形上的其餘各點均呈強度條（tiáo）件不足狀態。

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

      鋁合金件滾齒, 隻要滾齒輪的選擇恰（qià）當、調整合（hé）理（lǐ）, 則坯（pī）件滾齒的成形（xíng）良好。國產滾（gǔn）齒輪加工出的齒不錯, 滾（gǔn）齒輪本（běn）身的壽命也（yě）相當長。奧氏體不鏽鋼無磁性, 韌性與塑性值均甚高, 無法通過熱處理相變使其強化（huà）, 但確可以通過冷加工使其強化。

      在仿（fǎng）形斜軋過程中, 奧氏體（tǐ）不鏽（xiù）鋼經滾齒輪不斷衝軋而產生（shēng）塑性變形。連（lián）續脈（mò）動的旋軋使變形（xíng）區逐漸強化, 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（jiàn）圖4 。滾齒輪齒的強度並不很大, 一（yī）旦內應力大於許用應力就（jiù）會出現輪齒的（de）連續折斷。這一（yī）現象充分解釋（shì）了為什麽用同一滾齒輪在對鋁件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（gōng）不鏽鋼件時滾齒便紛紛折斷。

      2. 8 輪齒折斷的主要原因之一是脈動循環應力

      滾（gǔn）齒輪在對坯件進行仿（fǎng）形斜軋時, 輪（lún）齒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力。在對鋁合金進行滾齒成形時, 因其成形力小, 所產（chǎn）生的交（jiāo）變應力相應地也小。而在滾製不鏽（xiù）鋼件時（shí）, 因其成形力大, 而且這一成形力隨變形區的（de）強化而不斷增大, 輪齒內所產（chǎn）生的交變應力也相應地增大, 從而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（ér）逐漸擴展, 直至輪齒驟然折斷。在生產實踐中, 這（zhè）樣的情形是常見的: 在料、機床、刀具不變的情況（kuàng）下, 加工前一個零件時滾齒（chǐ）輪的（de）齒形尚（shàng）未發現損傷, 而加工完下一個（gè）零件時, 輪齒就全部打光了。這是（shì）脈動循環（huán）應力的累積所（suǒ）致。

      2. 9 進口的滾齒輪在設計上有問題生產實踐（jiàn）證明, 用進口的滾齒（chǐ）輪加工不鏽鋼端麵（miàn）齒並不理想。

      間（jiān）題在於這種設計方法以（yǐ）坯件端麵齒小徑（jìng）處的節（jiē）距作為設計和製造滾齒輪的基準節距。

      這樣的滾齒輪的實際受力部位（wèi）在（zài）輪齒內端, 見圖5 。輪齒橫截麵積具有向心部（bù）逐漸縮小的特點, 故齒內端部位的橫截（jié）麵積最小, 此處的承載能力當然也最差(可將輪（lún）齒受（shòu）力情況簡化為懸臂梁來做分析、

      另外, 這種設計方法既沒有充分考慮鋁合金與奧氏體不鏽鋼材料特性上的差異, 又沒有注（zhù）意（yì）到（dào）零（líng）件結（jié）構上（shàng）的差異. 奧氏體不鏽鋼件塑（sù）性變形區大, 對滾齒輪的強（qiáng）度要求（qiú）要比加工鋁合金件高得多。我們何不用滾齒輪輪齒的中部乃至於（yú）其大端來仿形斜軋呢? 而這恰恰是增強滾齒輪強度的突破口。

      2. 10 輪齒折斷的另一（yī）主要原因（yīn）是其熱（rè）處理缺（quē）陷表2 中表明滾齒輪的熱處理缺陷（xiàn）是其失效的主要因素。

      要想得到合格的端麵齒, 滾齒（chǐ）輪的齒形（xíng）務必是清棱清角的。而眾所周知（zhī）, 棱角處（chù）從來就是熱處理中最易產生（shēng）缺陷的（de）地方, 特（tè）別是輪齒內端更易（yì）產生裂紋、過（guò）燒、脫碳、過脆等（děng）問題。這都將降低滾齒輪的使用壽命。因熱（rè）處理不當而造（zào）成的滾齒輪失效占失效總數的4 % , 就充分說明（míng）了這一（yī）問題。

      3 不鏽鋼端麵齒的仿形斜軋加工方（fāng）法

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

      3. 1 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（gǔn）製各種材料件用;切削（xuē）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（wài）徑D : 為圖紙最終直徑（jìng）, + 0. 10 m m ;

      精車端（duān）麵齒時內外徑的走刀次數2次(精車的（de）目的是防止毛刺向齒槽內側（cè）倒進, 在工藝上要求無毛刺)。

      3. 2 調整要點

      要（yào）成（chéng）功地旋軋不鏽鋼端麵齒必須提（tí）高滾齒輪的（de）輪齒強度。從這一論點出發, 提出了用輪齒中部（bù）旋軋成形的加工方法, 如（rú）圖6所示。

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

      3. 3 滾齒輪的選取（qǔ）

      選（xuǎn）用新的滾齒輪的方法可表現為如（rú）下

      計算公式:

 

      3. 5 滾齒輪（lún）材料

      滾齒輪材料的選取（qǔ）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（sù）鋼（gāng）, 其（qí）牌（pái）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（gāng）端麵齒時, 滾齒輪的工作條件十分惡劣, 因而它所用的材料更應慎重選擇。一般地說, 製（zhì）造滾齒輪的材料（liào）應具有熱處理變形（xíng）小、硬度高、抗衝擊韌性好、耐疲勞（láo）等特性. 在（zài）製造工（gōng）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（guǒ）

      我們用新方法成功地加工了多種規格（gé）的端麵（miàn）齒, 並組織批量生產, 一次交驗合格率達1 0 0%, 結束了我們不能正常（cháng）生產不鏽鋼尾部附件的曆史。

      用新（xīn）方法加工（gōng）不鏽鋼端麵齒時, 滾齒輪的壽命（mìng）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齒零件。合格（gé）的產品向人（rén）們表明, 國產輪（lún）同（tóng）樣能加工出優良（liáng）產品。這不僅降低了成本, 而且解除了對進口滾齒輪的依賴。

      采用新的調（diào）整方法還加寬了滾齒輪的適應範圍, 同（tóng）一個（gè）滾齒輪可（kě）以用來加工多種尺寸的零件. 因輪齒加長, 滾輪壽命也相應提高（gāo）。除此而外, 尚可用（yòng）它（tā）來加工其它零件,效果（guǒ）同樣令人滿意。

      4 結束語

      我們在加工不鏽鋼（gāng）端麵齒方麵（miàn）取得（dé）了一（yī）些成（chéng）績, 但是（shì）這項研究尚未徹底（dǐ）完成。用這種仿形斜軋技術來滾齒, 雖具（jù）有應用靈活的特（tè）點, 但它最適合的是小批量多品種的生產方式。大批量生產中究竟采用什麽加工方式更（gèng）理想、更經濟、更方便, 尚待我們作進一步的研究。