淺談雙聯滑移齒輪的修復工藝

在齒輪機構的修理工作中，大模數、低速齒輪輪齒折斷的傳統修復工藝主要采用鑲齒法，而小齒輪由于加工比采購成本要高，一般采用更換的方法。隨著電火花線切割技術中齒輪加工功能的成熟及應用，給齒輪的修理工作帶來極大便利，一些小齒輪也可采用電火花線切割直接加工，不僅成本較低，也縮短了修理周期。車床進給箱雙聯齒輪損壞，利用電火花線切割加工與焊接工藝相結合的修理工藝進行了嘗試，取得了較好的效果。

一、故障現象

某廠一臺沈陽CA6140車床由于使用不當，造成進給箱中一個雙聯齒輪小端輪齒折斷。雙聯齒輪由于結構限制，在修理時不能采用傳統修復工藝，只能整體更換。如果將折斷的輪齒切除，用電火花線切割加工出新齒輪，再進行焊接修復，則可以縮短維修時間，節約維修成本。

二、制定修理方案

進給箱內雙聯齒輪主要用于進給量的變換，輪齒強度應能承受嚙合時的沖擊載荷，而傳動扭矩主要由花鍵軸承受。通過查找設計手冊與齒輪零件圖，采用線切割加工出的齒輪齒面接觸疲勞強度與齒根疲勞強度可滿足此工況下的使用要求。齒輪與軸套焊接后焊縫主要承受變速時撥叉對輪齒的側向壓力。因此決定采用電火花線切割加工新齒輪，再與花鍵軸套焊接的工藝進行修理。采用這種工藝進行修理，應解決以下幾個方面的問題:

1. 材料強度問題

齒輪一般采用45鋼鍛打并經調質處理以保證良好的綜合機械性能和使用壽命。鍛打毛坯板料可要求鋼材供應商提供，但時間較長，而學校材料庫有直徑合適的40Cr棒料(比齒輪直徑大20mm左右)可滿足坯料要求，考慮40Cr的機械性能比45鋼優異及此雙聯齒輪的使用要求，決定采用40Cr棒料代替45鋼鍛打坯料。

2. 熱處理與硬度測定

齒坯的調質硬度要符合技術要求，以防硬度太低，降低使用壽命，但也不能高于與其嚙合的齒輪硬度，以免造成更大的損失。使用學校的熱處理爐進行調質，并用硬度計檢測硬度，使硬度比技術要求低1～2度，以保證使用要求。

3. 焊接后的變形及齒輪與原齒輪的位置精度要求

使用工藝裝備很容易保證焊接后的齒輪與原齒輪的位置精度要求，但制作專門的工裝十分麻煩，如果使用定位凸臺又會造成加工困難。考慮到雙聯齒輪是在花鍵軸上滑移，采用花鍵軸作為焊接工裝，最簡便的方法是在焊接時先點焊再施焊，則可解決變形問題也容易保證精度。

三、修復工藝實施

1. 備料

采用40Cr棒材鋸削下料，留粗磨與熱處理后的精磨余量(約1mm);在平面磨床上粗磨，再在鉆床上鉆中心孔(作加工內花鍵穿絲孔孔使用，直徑應比花鍵軸小徑小3～5mm)及近外緣處鉆Φ3mm的孔(作加工齒形穿絲孔使用);進行調質處理，并在硬度計上檢測硬度是否合格;最后精磨至齒輪要求厚度。

2. 電火花線切割加工

線切割加工是保證齒輪精度的重要工序，電火花線切割機床具有齒輪加工功能，因此齒坯的找正裝夾是保證加工精度的關鍵。

(1)齒坯裝夾:先清理干凈穿絲孔內表面氧化皮與毛刺，以防導電不良影響放電加工及造成斷絲等故障，清除齒坯外圓磨削后的毛刺。將齒坯固定在四塊平行平尺組成的托架上(每邊接觸8mm左右)，用目測法找正Φ3mm穿絲孔與機床X軸或Y軸平行。

(2)切割內花鍵:將電極絲穿入中心孔內，利用機床自動定中心功能找出齒輪切割中心。在機床面板上輸入花鍵與齒輪參數;設置切割起點、切割終點，跳步坐標，并加入電極絲半徑與放電間隙補償值;后置處理后生成加工程序;設置好電加工參數:電流0.8～2A，脈沖寬度 4～20us，功放管2～4個，脈沖間距比1∶5，加工速度6。啟動機床先切割加工內花鍵。為保證加工精度及與花鍵軸的配合間隙，在加工完后，應拆卸下電極絲用花鍵進行試配，如配合較緊，可適當加大補償量修整一次，以保證配合要求。注意:工件不能松動，以防內花鍵與外齒形不同心造成廢品。

(3)切割外齒形:拆卸電極絲，跳步空走至Φ3mm穿絲孔，穿好電極絲，加工外齒形。在加工時應根據切割位置，使用強力磁鐵將已切割好的齒輪與多余坯料吸在一起，以防齒輪切割到最后時因自重下沉變形而影響加工精度。如齒輪精度要求較高，可采用2次切割成型的方法加工，即第一次切割時留2mm左右不割斷(齒輪外形留0.2mm余量作精加工，采用粗加工電參數，速度較快，加工精度稍低)，再返回起割點進行第二次切割(采用精加工電參數，切割速度較慢，但精度較高)，再將余下的2mm切斷。將切割好的齒輪進行清洗，去毛刺，精度要求高的齒輪還可采用噴砂加工以提高表面質量。

3.焊接

主要是保證焊接后齒輪的位置精度及在花鍵上滑動靈活無阻滯的要求。如圖1所示，先在線切割機上將損壞的輪齒切除，保證垂直，并倒角及清理毛刺。為保證齒輪與花鍵軸的配合精度，將加工好的齒輪與雙聯齒一起裝在花鍵軸上(軸上應涂一層機油，以防焊接時的咬合)，檢查位置精度符合要求后，先在焊縫圓周上均勻點焊三點并檢查是否滑動靈活，最后選取較小的焊接電流均勻施焊，清理干凈焊接表面完全加工，如圖2所示。

圖2 焊接修復后的雙聯齒輪

通過采用線切割加工與焊接相結合的工藝，修復后的雙聯滑移齒輪裝配后完全滿足了使用要求。事實證明，在機械設備維修時，應積極開拓工作思路，結合傳統修理工藝與現代先進設備，才能適應社會的發展，達到低成本，高效率的維修要求。

(作者單位:廣東省機械高級技工學校)