扇形板加工工藝分析

蘭天一

(常州寶菱重工機械有限公司，江蘇 常州 213019)

1 概 述

常州寶菱重工機械有限公司與日本三菱重工業株式會社合資以來，生產開卷機、卷取機已經有17年的歷史，經過多年的不斷探索，基本掌握了各種開卷機、卷取機的加工制造方法；尤其是卷筒式帶鋼卷取機設備先進、結構復雜、制造難度大。卷取機上除了傳動系統(如電動機、箱體等)、壓輥止動器、外支撐、助卷器等裝置外，其核心部件是卷筒，它要在較大張力下高速卷取45t左右的鋼帶卷，同時在較大的帶材壓力下縮徑、卸卷；所以卷筒部件要有足夠的強度和剛度，其結構如圖1所示。

卷筒部件中除了芯軸、楔形塊、拉桿軸等零件外，直接與帶鋼接觸并影響卷取質量的就是扇形板。作者根據多年的生產經驗，摸索出一套加工扇形板的最佳工藝規程，既能保證產品質量，又大大提高了生產效率，并且為企業節約了較大的成本。

圖1 卷筒的結構

2 結構特點和技術要求

2.1 結構特點

扇形板主要是外圓弧面和內側斜面，在開卷卷取中通常由4塊扇形板組成一個整圓，采用推拉機構帶動斜塊沿卷筒軸的軸向移動，依靠其斜面使其帶動扇形板徑向運動，從而使得各扇形板所形成的卷筒脹、縮，滿足了帶鋼卷繞及卷繞后帶卷從卷筒上卸下的需求。

2.2 技術要求

4塊扇形板重量一致，加工中要特別注意基準點選取；4塊扇形板脹、縮一致，這就要求斜面角度一致；4處T型槽的左右兩側面均要在同一平面上。

3 工藝流程及調質余量分析

3.1 工藝流程

毛坯檢驗-粗加工-UT探傷-調質-半精加工-熱定型-氮化前除應力-精加工-預裝配-車、磨精加工-檢驗-氮化-入庫。

3.2 調質余量分析

主要是對零件加工余量的控制。經過對幾個批次扇形板的實際測量和調查，發現在扇形板的工藝中，一般要求調質前加工余量為8 mm，但是實際在銑加工斜面相交面處最大值往往有16～18 mm，扇形板的材質為42CrMo，同時截面尺寸大，整體調質HB260～280較難達到，如果所留余量過大，將很難保證表面硬度。為了避免這種情況的發生，決定采取以下措施：

(1)根據扇形板不同規格確定調質前加工余量。具體如下：

L≤1000 mm，余量5 mm；

1000

1500≤L≤2000 mm，余量8 mm；

L>2000 mm，余量10 mm。

(2)外形輪廓在數控龍門銑上使用樣板加工，這樣可以使余量均勻一致。

(3)嚴格控制加工余量，保證調質后硬度的均衡，防止出現軟帶區。

(4)調質后劃線時，以外側圓弧為參照面，減少劃線時因借線而導致的實際余量增加。

3.3 調質時的注意事項

由于材料淬透性差，避免冷卻油由于時間使用長、老化而導致淬火時冷卻性能差，造成扇形板淬火硬度層薄，在最終成品時表面硬度低。因此要求在扇形板熱處理時，必須確認所使用的冷卻油的實際冷卻能力是否能達到扇形板的硬度要求。

4 加工的工藝措施及精度保證

4.1 改進措施

(1)由于扇形板調質后變形量大，且余量多為8～10 mm，因此，合理地選擇定位基準尤為重要。以前是在外圓弧中間留一處100 mm寬的凸臺光出后作為定位基準，但由于工件長、余量多容易引起扇形板變形彎曲；通過改進，只要在凸臺兩頭和中間各留一處100 mm×100 mm的平面作為定位基準，其余的余量同外圓弧半精加工時一起銑掉，避免了在精加工時因余量多而引起的工件變形。在半精加工過程中，扇形板的齒形、退刀槽、內圓弧等都必須加工至成品，當工件在龍門銑上水平裝夾加工時，由于主軸懸伸向下，退刀槽內排屑比較困難，經常導致刀片的磨損和報廢，所以冷卻非常重要；在加工時一般用風管進行吹掃，這樣大幅度降低了切削熱，另外還可以將鐵屑吹走，保護了刀具。

(2)如何保證扇形板關鍵尺寸誤差及重量誤差，也就是如何檢測從斜面到準面的尺寸a。使用普通的量具無法直接進行精確的測量，需借助于測量工裝；為此設計了一個測量塊，轉移測量基準，可以直接準確地測量出此尺寸(如圖2所示)。測量尺寸a，α=arctg(1/4)，則c=asinα，d=c-r；同樣，公差按三角法分配：δ=Δsinα。

將設計的測量塊置于基準面的一側棱角上，并且將測量塊的直徑設計為d=20 mm，這樣測量就簡單了，只要用百分表測出測量塊最高點和被加工的斜面目標落差，且誤差在0.01 mm之內就達到了設計要求；這種測量方法從測量基準到輔助加工面，只經過一次基準轉移，而且使用的測量工具也更加可靠，因而測量精度得到了保證，操作也簡單方便。

圖2 扇形板測量示意圖

(3)工件裝夾時應用百分表裝夾，以免裝夾時引起工件彎曲。由于扇形板工件比較長，中間易彎曲，所以要在工件下面兩邊都放斜塊來調整夾緊力度。機加工時應用百分表靠在工件旁，因精加工時裝夾不是很緊，這樣可以有效地觀察工件是否走動和變形。

圖3 扇形板截面圖

(5)斜槽的底面加工。在加工斜槽底面時，由于T型槽(如圖4所示)的表面粗糙度要求比較高，普通銑刀雖然也能達到圖紙要求，例如用焊接T型銑刀，轉速S只能放到500 r/min左右，走刀量F放到250 r/min，銑到后面的斜面時，由于刀具磨損不容易保證尺寸，這樣就要多銑一刀或者幾刀以保證工件的尺寸及粗糙度。現在采用T型面刀盤，轉速S放到850 r/min，走刀量F放到500 r/min，刀片基本不會磨損，粗糙度也能保證(注：切削余量只能在0.1 mm之內)。現在一般都會用Φ50 mm的焊接T型銑刀把槽底余量剩到0.05 mm，然后采用Φ50 mm的T型面刀盤進行光刀。

圖4 T型槽圖

② 也可以采用18～35 mm的內徑百分表來測量。

(6)冷卻。在機加工過程中零件會產生大量的切削熱，使材料殘余奧氏體分解，引起工件變形，嚴重時可導致產品報廢，所以冷卻非常重要。在加工時一般用風冷卻，這樣大幅度降低了切削熱；另外還可以將鐵屑吹走，保護了刀具使用壽命和工件加工表面光潔度。

4.2 改進效果

通過以上各種加工方法的改進，以及各種措施的落實，扇形板的加工流程和加工質量得到了明顯的提高；至今未再出現過硬度偏低和變形等質量事故。

5 結束語

通過加工試制和工藝調整及細化，很好地保證了扇形板的形位公差，為保證裝配質量創造了很好的前提條件，已制定了標準化工藝流程，形成了批量化生產。