摘要：大型半齿轮在铣齿后，容易暴露出表面缺陷，补焊受热影变形量过大会响齿轮的精度。很多大型齿轮的加工工艺要求铣半齿探伤，然后热处理。然而这样做并不能解决铣齿后的探伤缺陷问题，相反会增加缺陷的数量。
关键词：半齿轮；加工工艺；无损检测；热处理
前言
铸钢件缺陷司空见惯，大型齿轮就材质而言都是铸钢件，经常会出现各种缺陷。在大型铸钢齿轮没有铣齿之前，其缺陷很容易处理，只要清理后补焊就可以了。至于补焊受热引起的变形，比较起剩余的加工余量，显得微不足道。然而齿轮铣齿后就不一样，补焊的热影响变形对齿轮的精度不得不考虑。齿轮是比较精密的零件，大齿轮也是如此。在大齿轮铣齿后，齿面暴露出缺陷往往很多。大型齿轮在粗加工后，在尚未热处理前和铣齿之前，根据用户对其强度的不同要求，通常要进行超声波检查。超声波探伤可以检查出铸钢件内部至少80%以上的内部缺陷，然而超声波探伤的依据是超声波探伤标准。是以当量和面积来评定缺陷大小的，很多没有超标的缺陷，并不能在探伤报告中反映出来。这些小当量小面积的缺陷在工件内部也并不能对工件强度造成太大的影响，但经过铣齿之后就不一样了，这些小当量小面积缺陷有时会暴露在工件的表面，比如大型铸钢齿轮就可能会暴露在齿面上。一旦齿面出现开放性的小缺陷，对齿轮的强度就会造成很大的影响。处理齿面表面缺陷的方法有两种。一种是对深度不大的小缺陷而言，打磨掉不影响齿轮精度，就不予处理。另一种方法就是彻底清除缺陷，然后补焊。补焊产生的热量就会对齿轮的尺寸有一定的影响，处理这种尺寸的变形非常麻烦。所以尽可能减少铣齿后暴露出来的缺陷，对大型铸钢件齿轮的加工生产十分必要。
1减少齿面出现缺陷的手段
精加工后齿面缺陷处理十分困难，在齿轮要求精度不是很高的情况下，精加工后补焊受热变形也可以忽略。然而随着科技的进步，对产品精度的要求也越来越高，很多情况下不允许精加工后出现较大的变形。即使在铣齿后留有1-2mm的余量，然后进行磁粉或者是渗透探伤，发现缺陷及时补焊处理，如果补焊量过大，也会出现较大的变形，影响大齿轮的精度，这给补焊带来了巨大的难度。传统的工艺都是在粗加工车出外圆后进行超声波探伤，再进行热处理，然后车外圆，再铣齿并留几毫米的余量，磁粉或者渗透探伤，处理探伤缺陷后精加工铣齿。有的时候在热处理后增加一道粗车工序，去掉黑皮，给热处理后超声波探伤创造条件，之后做超声波探伤，发现延迟缺陷还有处理的余地。超声波探伤都是按照标准执行的，对于没有超过标准的缺陷，超声探伤报告并不能反映出来，但这些小当量小面积的缺陷经过铣齿后，一旦暴露在齿面上，外观检查和磁粉以及渗透探伤都不能通过，必须要经过清除和补焊处理。问题的关键就在于这些经超声检测而不超标的缺陷应该如何对待。能不能尽可能减少铣齿后暴露出表面的缺陷，以减少补焊量，从而达到减小变形的目的呢？改进加工工艺，是人们首先想到的一个办法。最常用的方法就是在热处理之前增加一道铣齿的工序，这种方法在生产四分之一大型铸钢齿轮过程中经常使用。改进后的工艺就是在热处理前车好外圆后铣齿，将齿面铣出一半的齿高，然后进行磁粉或者渗透探伤工序，表面探伤检测出来的缺陷经过补焊处理，再进行热处理工序。这种方法可以大量补焊，不怕变形，不会影响铸钢大齿轮的精度，但因为经过铣齿的外圆，表面形状复杂，应力集中，容易产生更多的缺陷。
2新旧工艺实物缺陷比较
热处理是一个工件的加热和冷却过程，也是一个应力产生和释放的过程。热处理的理论证明，工件表面的形状对于因热处理产生出来的缺陷有很大影响，在热处理前，应尽可能做到工件表面光滑，没有棱角以及较多的凹陷和突起。任何尖角部位都可能应力集中，并在受热的过程中产生裂纹。比较铣齿之前铸钢大齿轮的齿面外观形状和铣齿之后的齿面外观形状，显然经过初步半铣齿后，表面的形状复杂多了，棱角和凸凹也多了很多，给应力释放产生裂纹创造了条件，铣齿后的热处理必将出现更多的裂纹缺陷。表1显示了随机的三组四分之一铸钢大齿轮，采用了新旧工艺出现的缺陷比较。从表1不难看出新工艺虽然解决了探伤缺陷补焊带来的受热变形，但同时也增加了缺陷的数量，而且也使得缺陷的长度显著增加。产生缺陷的原因是因为在铣齿后表面形状复杂，给热处理增加了难度，铣齿后不是不可以热处理，铣齿后的热处理多半是硬齿面的表面淬火处理。从表1中显然可以看出，新工艺比起传统的工艺，更容易产生热处理缺陷。缺陷的数量多，尺寸大，都会给缺陷的清除和补焊造成麻烦，对于大面积的缺陷来说，往往三次补焊都不能成功。根据焊接理论，重复三次以上的焊接，为了保证焊接质量，需要对焊接对象进行适当的处理。多次补焊不仅耗时费力，加大成本，更给工件内部组织带来影响，直接影响到铸钢齿轮的内部质量。
3自制企业标准减少缺陷出现
铣齿后出现暴露缺陷的根本原因是粗加工后内部缺陷没有及时处理，而没有处理这些缺陷的根本原因是根据现有的国内外铸钢件无损检测标准，超声探伤并没有检测到超过标准允许的缺陷。正是这些没有超标的小当量或小面积的缺陷，在最终铣齿后暴露出来。如果能在超声波检测过程中，将没有超标的缺陷也都及时清理干净，无疑给接下来的铣齿后缺陷清除及修复带来极大的便利。现有的国内外标准都没有将这类小当量或小面积缺陷作为危害性缺陷处理，为了能将不超标的缺陷也反映在超声探伤报告中，有必要制定一个在企业内部执行的标准。企业标准由企业自主掌控，对铸钢大齿轮齿面的超声波探伤可以根据企业内部的标准执行。通过企业探伤标准，可以控制铸钢齿轮的质量，将小当量或小面积缺陷在铣齿之前进行修复，从而可以达到铣齿后不再暴露出齿面缺陷的目的。因为铸钢件材质存在着不如锻件均匀的特点，铸钢件超声波探伤的灵敏度普遍采用的是φ6当量，允许的缺陷面积根据标准的不同和等级的不同大多不尽相同。多次的探伤实践证明，在齿面处，距离齿面一个齿高深度的缺陷，以φ6当量为基准，面积在80mm2以上的缺陷，都可能暴露在齿面部位。
4结束语
根据分析与实践，在距离齿面一个齿高的范围内，任何超过面积在80mm2以上的缺陷都有可能暴露出来，对此，可以制定一个针对铸钢大齿轮检测的企业标准，将缺陷的允许面积限制在80mm2以内，采用这种标准进行超声波检测，无疑对暴露在齿面的缺陷能够有效地控制，而且不会产生更多的热处理缺陷，比起热处理前铣半个齿高的方法要经济有效得多。
参考文献
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作者：陈忱 佟克刚 朱庆宁 刘大阳 单位：北方重工集团有限公司
