齿轮箱底板端盖加工工艺改进

摘 要：本文对于齿轮箱用底板端盖的铸件废品问题进行了分析，提出了工艺改进方案，改进了设计图纸及技术要求，主要对于新的改进方案的加工工艺进行了分析，解决了零件废品问题，降低了生产成本。

关键词：底板；铸造；焊接；工艺改进

我公司齿轮箱用底板端盖，其毛坯采用铸造工艺生产，然后进行机械加工。在齿轮箱上，底板的作用是避免齿轮零件外露，同时在底板与箱体的接触部分涂有密封胶，以便防止齿轮箱漏油。由于底板壁薄，在毛坯铸造过程中极易出现缩孔等缺陷而产生废品，甚至有时缺陷是在机械加工过程中、齿轮箱使用过程中出现，因此造成了重大的经济损失。

1 改进方案分析

为解决铸造毛坯废品问题，我们考虑采用其他加工工艺制造底板毛坯。由于底板工件是一中类似于槽型工件，锻件肯定浪费材料，因此我们考虑采用焊接工艺制造底板毛坯。其优点有：第一，焊接件不需要制作木模型，节省了木模费用，节约了制模时间，缩短了生产周期；第二，焊接件的机械性能及弹性模量均高于铸件。底盖原来的材料采用HT200，机械强度要求不高，灰铁的抗拉强度与壁厚有关，同一牌号的灰铁不同壁厚会有不同的抗拉强度。底板的厚度大部分是15mm，其抗拉强度为大于等于195MPa。与此相对应，我们选用Q235钢板进行焊接，原因是：第一，Q235材料强度完全可满足要求；第二，Q235焊接性能优良，应用广泛，成本较低。两种材料的机械性能及弹性模量见表1。

2 设计图纸、技术要求的改进分析

2.1 设计图纸的改进

设计图纸的改进如图1、图2所示，底板端盖毛坯的底板1.4部分厚度由15mm变为10mm，其中1部分选用12mm厚钢板，保留2mm机加工余量。侧板2由15mm变为5mm，侧板3由15mm变为10mm，∮60的凸起部分去掉，因此改进后的毛坯重量由27.2kg降为15.8kg，重量降低11.4kg，毛坯生产成本降低54.50元/件，详见表2。为了便于加工，铸造圆角改为10X45°倒角，此倒角在钢板切割时可加工完成。

2.2 新的技术要求

为了适应焊接制造，技术要求做了相应的改进，具体为：

（1）采用E500/（GB5117）焊条连续焊缝，焊后去应力处理，焊缝清理干净。

（2）焊缝不允许有气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷。

（3）焊前各子件的加工表面和切割面的表面粗糙度为Ra25?m。 （4）除有效的焊缝外，其余焊缝高度为钢板厚度的一半。

（5）进行喷砂处理，内外非加工表面喷涂环氧底漆。

（6）用煤油做渗漏试验，不得有渗漏现象。

3 焊接加工工艺分析

3.1 钢板切割

钢板切割采用数控火焰切割方式进行，零件厚度及材质应符合图纸设计规定。钢板切割后必须进行外观处理，并符合如下要求：

（1）所有切割表面的氧化物必须清理干净。

（2）最终加工表面必须光滑、无分层、裂纹等缺陷，棱角平滑。

（3）切割完成后，应进行切割变形的检查，当变形量过大时应进行调形处理。

3.2 焊接工艺

对于底板的焊接，我们有下列要求：

（1）主体焊接采用气体保护焊，局部焊缝可采用手工电弧焊等焊接方法。

（2）所有坡口表面及近缝区必须清洁、无铁锈、油污等有害杂质。

（3）应尽量避免使用砂轮机修磨焊缝表面，不允许使用砂轮机清除飞溅。

（4）应尽可能采用平角缝位置焊接。

（5）焊接顺序应保证最小变形和成型质量。

（6）所有焊缝必须进行完整连续的周边焊，保证接头质量和外观质量。

（7）焊接时应根据焊缝及材料的拘束度、环境温度、碳当量、构件厚度等因素决定是否增加预热要求。

3.3 热处理工艺

焊接件在焊接过程中产生的应力是非常大的，焊接刚开始时，焊缝处迅速升温，周围区域温度较低，阻碍焊缝的迅速膨胀，焊缝受到压应力，焊接过程结束后，焊接件开始冷却，等到过了塑性变形的温度，由于焊缝与周围的冷却速度不一致，焊缝开始受到拉应力，直到室温。此时焊缝处材料所受的拉应力接近材料的屈服极限，必须及时消除内应力，否则焊接件后变形，甚至开裂。去应力的方式有：自然时效、热时效及振动失效。根据工件的特点，我们采用热时效来消除焊接应力。对于去应力热处理，要求如下：

（1）采用燃油、电或燃气加热炉内加热方式进行消应力处理。

（2）工件经最终尺寸检验、焊接检验及煤油试漏检验合格后进行去除应力热处理。

（3）热处理后不得对工件进行补焊。

（4）工件装炉方式合理，以防止其受热变形。

（5）热处理工艺，焊接件由室温均匀加热至550±10℃，保温1-2小时，降温时速度不得大于80℃/h，工件出炉温度≤150℃，炉内温差不得大于±10℃，严禁使用水冷降温。

3.4 焊接件质量检验

焊接毛坯需要进行外观质量、外形尺寸及焊缝质量检验。焊接件的外观质量、外形尺寸应符合图纸要求。焊接件焊缝必需进行焊渣清理，材料裁切口必须整齐，表面无明显缺陷和磕碰，表面和内腔进行喷丸或抛丸处理无锈蚀、无氧化皮，无油脂，无防腐剂。清理质量符合GB8923-88的 A-B Sa21/2标准，局部A-B Sa2，表面粗糙度不能超过Ra25?m，按GB/T 15056 进行检验。与铸件不同的是，焊接件需要进行煤油试漏检测，具体要求如下。

（1）试验必须在全部焊接工作完成后进行。

（2）应在焊接件外侧刷涂大白粉，彻底干燥后，才能涂刷煤油进行检验。

（3）焊接件内侧采用喷涂或盛装煤油的方法进行试验，每处焊缝的喷涂时间不得少于1分钟，同一焊缝的煤油喷涂次数不得少于2次，试验渗透时间不得少于24小时。

（4）在规定试验时间内，焊接件外表面无煤油渗漏痕迹显示为合格。

4 结论

按照上述方案，我们进行小批量生产。底板毛坯生产周期由原来的20天（不计开模时间）缩短为15天，焊接件未产生废品，因铸造缺陷导致废品的问题得到了解决。此外，由于焊接件节省了木模费用，并且毛坯重量变轻，因此生产成本降低约23%。总之，底板毛坯由铸造工艺改为焊接工艺生产，不但解决了质量问题，并且降低了生产成本，对于类似零件值得推广。

参考文献：

[1]毛萍莉.材料成型技术[M].北京：机械工业出版社，2007：155-156.

[2]王洪光.实用焊接工艺手册[M].北京：化学工业出版社，2013：185-189.

作者简介：李治平（1977—），男，内蒙古赤峰人，硕士，工程师，研究方向机械加工工艺。