通過對薄壁硬齒面內齒圈的工藝研究和試制，從零件鍛造、加工和熱處理等全過程采取措施，提高了零件的齒部精度和穩(wěn)定性，提高了產品合格率。
圖1所示礦山工程用內齒圈零件外徑為570mm，最大內徑為509mm，壁厚為30mm。其壁厚為外徑的1/20，屬于薄壁類零件。零件材料為35CrMo，熱處理方式為調質+滲氮，要求齒部硬度≥500HV，深度≥0.5mm，加工困難，熱處理變形嚴重。
圖1 內齒圈零件結構
零件的試制包括鍛造毛坯、機械加工、設計專用工裝、熱處理及生產運輸等多道工序，經多次減小加工應力、熱處理應力，使零件獲得了較好的齒部精度和穩(wěn)定性，同時大幅提高了產品合格率。
加工工藝
針對零件易變形的特點，確定內齒圈加工的主要工序為：鍛坯→正火→粗車→探傷→調質→半精車→粗插齒→低溫時效→精車→組合磨→精插齒→鉗工→氮化→檢測。
毛坯鍛造
毛坯鍛造工藝過程為：下料→加熱→鐓粗→壓平→沖孔→輾環(huán)→正火。毛坯的制造采用鋼錠鐓粗沖孔后碾環(huán)的方式，改進了金屬的致密度，細化了粗大的晶粒，可獲得均勻的壁厚。鍛后及時正火處理，可獲得較小的毛坯熱應力，提高了切削性能。同時，碾環(huán)工藝使材料利用率提高12%左右，降低了生產成本。
粗車、探傷
粗車工序切除加工表面的大部分加工余量，保證外圓、內孔留余量 8mm ，端面單邊留余量4mm，表面粗糙度值達Ra=6.3μm，為后續(xù)探傷做準備。通過探傷工序，對零件內部質量進行檢驗。
調質
通過調質作為預備熱處理工序，減少滲氮的畸變，使零件既獲得較高的強度，又獲得優(yōu)良的韌性、塑性及切削性能。
調質采用的工藝為：850℃加熱×1.5h→油淬火→600℃回火×1.5h→爐冷→空冷。
調質時應注意全程起吊為平裝，采用分段加熱，淬火轉移時間控制在30s內，爐冷至400℃等溫一段時間再空冷。通過調質可達調質硬度217～250HBW。
半精車、粗插齒
半精車工序底部端面向上找正、夾緊，對自由公差的外圓、內孔和齒頂圓車削至設計尺寸，其余外圓留余量2mm，并保證齒外圓表面粗糙度值達Ra=3.2μm，作為插齒工序找正基準；零件翻面車其余尺寸至設計要求。
粗插齒工序，頂部端面向上，按已車齒頂圓找正、夾緊，找正誤差≤0.05mm，采用B級插齒刀進行插齒，公法線留余量1mm左右。
熱處理時效
高溫時效是由室溫緩慢均勻加熱到550℃進行去應力退火，保溫6h，再嚴格控制降溫速度至溫度150℃以下時出爐（要求爐內溫度差在±25℃內，升溫速度≤50℃/h，降溫速度≤20℃/h，避免產生二次應力）。
通過該工序去除前期應力，消除工件的內應力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善力學性能。
精車、插齒
精車工序對稱找正齒頂圓8個點，180°方向公差≤0.04mm，90°方向公差≤0.08mm，夾緊，采用專用扇形車削夾具可增大夾具與工件的接觸面積，車各部尺寸至圖樣要求。上止口車削一段表面粗糙度值達Ra=3.2μm，作為插齒工序找正基準。零件調頭按相同工藝車削至圖樣要求。
插齒工序，頂部端面向上，按已車找正帶找正，采用A級插齒刀插齒。其中，第一次插削后余量為公法線0.2mm，切削速度采用16次/min；磨刀后插削到位，切削速度采用12次/min，加工至圖樣要求后，為避免齒部錐度，在徑向進給量為0mm/z的情況下走一圈。
氮化
氮化采用的工藝為：清洗→烘爐→升溫→保溫→升溫→保溫→降溫→空冷。
氮化前應清洗干凈。氮化裝爐采用平裝，擺放要平穩(wěn)，無傾斜懸空。采用二段氣體氮化處理，先進行200℃烘爐和300℃預氧化，再采用520℃×15h，氨氣分解率25%左右；二段滲氮560℃×12h，氨氣分解率50%左右；最后以40℃/h的降溫速度爐冷至160℃出爐空冷。滿足滲氮深度≥0.5mm的要求。經對試塊檢驗分析，滲層和硬度均符合技術要求，工件變形≤0.02mm。
結語
內齒圈材料為常見的35CrMo滲氮鋼。由于零件結構屬薄壁類，故對生產技術要求較高。零件畸變是個系統(tǒng)工程，前期的毛坯制造、預備熱處理、加工制造、生產轉運及熱處理過程銜接直接影響最后的結果。加工過程采用統(tǒng)一基準，以減小加工應力。齒圈氮化處理通過合理的裝爐方式、氣壓和溫升，來保證滲氮變形。通過對多工序的嚴格控制，試制零件最終達到工件直徑變形≤0.02mm、徑向圓跳動≤0.02mm及齒部精度7級，完全滿足圖樣和使用要求。
專家點評
該文針對薄壁齒圈的加工難點，在工藝試制過程中，從鍛造毛坯、機械加工、專用工裝及熱處理工藝等方面采取措施，以減小變形應力，提高了零件的齒部精度和穩(wěn)定性，為薄壁齒圈的加工和質量控制積累了經驗。
文章的亮點是工藝過程的完整性。工序內容簡明扼要，無一句冗詞贅語。精車和插齒工藝基準一致，熱處理過程銜接合理，通過對多工序的嚴格控制，試制零件的齒部精度完全滿足圖樣要求。
