大型鏈輪綠色加工工藝研究

□ 萬正喜 □ 肖 熳 □ 康碧波

湖南長重機器股份有限公司 技術研發(fā)中心 長沙 410014

目前，國家實施經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約原材料、優(yōu)化利用資源已是綠色制造研究的重要組成部分。鏈輪制作工藝復雜，如何設計合理的制作工藝尤為重要。本文分析了傳統(tǒng)大型鏈輪制作方法的不足，提出了新的制作方法和工藝，對該方法及工藝流程進行了詳細的分析，并將該種方法及工藝應用于混勻取料機斗輪機構中的驅動大鏈輪的制作。現(xiàn)以混勻取料機斗輪機構驅動鏈輪為例，詳細介紹大型鏈輪的加工過程。

1 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝

在大型鏈輪的制造工藝上，人們進行了積極的研究，大型鏈輪的加工主要分為兩步，第一步是鏈輪體的加工，第二步是鏈輪的輪齒加工。鏈輪體的制造過程是：鑄造-切削加工-拼接；鏈齒的加工一般采用銑削的方法。下面對鏈輪的傳統(tǒng)制造工藝進行詳細分析。

1.1 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝方法之一

大型鏈輪一般的制造方法是：用鑄造工藝鑄造出鏈輪體，其材料為ZG310-570，鑄造后先對鏈輪體進行退火熱處理，再進行正火和回火熱處理、加工螺孔等，完成后用螺栓與斗輪機機構的輪體安裝成一體，并在大型銑齒機上進行鏈輪齒的加工，最后進行齒面的淬火。

鑄造大型鏈輪體，需要大型的鑄造設備，且鑄造后鏈輪體存在氣孔、針孔、夾渣、裂紋、凹坑等缺陷，為了消除這些缺點，需要對鏈輪體進行退火處理，退火處理后，再進行調(diào)質熱處理。另外，為了消除鏈輪體內(nèi)存在的殘余應力以及提高鏈輪輪齒切削加工的效率，需要進行正火熱處理。而這些熱處理工藝需要專門的大型熱處理裝備，同時還要耗費大量的能源，其制作工藝復雜，費時且成本很高。

1.2 大型鏈輪傳統(tǒng)制造工藝方法之二

隨著計算機科學技術的發(fā)展，20世紀90年代初，出現(xiàn)了數(shù)控切割機床，鏈輪的加工方法也有所改變，鏈輪體的制作由原來的鑄造改用數(shù)控機床切割鋼板來實現(xiàn)。具體方法是：按鏈輪的尺寸確定鏈板的尺寸（一般將鏈輪等分為8、10或12），通過數(shù)控機床對鏈板進行切割下料，切割后的鏈板在機床上加工，將加工好的鏈板拼接成鏈輪。這種加工方法比第一種方法節(jié)省時間和加工成本，但鏈板拼接成鏈輪后有加工誤差累積，導致鏈輪在傳動過程中的不平穩(wěn)，降低了鏈輪使用壽命。

2 大型鏈輪綠色制造方法及工藝

2.1 綠色制造工藝在機械中的應用

綠色制造工藝技術是以傳統(tǒng)的工藝技術為基礎，并結合材料科學、表面技術、控制技術等新技術的先進制造工藝技術，它是應用綠色設計、使用綠色設備、綠色材料、綠色能源制造綠色產(chǎn)品，一直到產(chǎn)品使用壽命完結后的綠色處理的全過程。其目標是對資源的合理利用，節(jié)約成本，降低對環(huán)境造成的污染。根據(jù)這個目標可將綠色制造工藝劃分為三種類型：節(jié)約資源的工藝技術、節(jié)省能源的工藝技術、環(huán)保型工藝技術。

2.2 大型鏈輪下料方法的工藝流程

筆者提出了一種新的鏈輪加工方法，即采用數(shù)控切割的方法來制作。數(shù)控切割機為數(shù)控火焰切割機、數(shù)控等離子切割機或數(shù)控高壓水射流切割機，鏈輪的加工工藝流程如圖1和圖2所示。

（1）下料。對多個弦長相等的弧形的鏈板下料，下料后形成的每一個鏈板所對應的扇形夾角為整數(shù)，且保證每一鏈板的外弧周緣上能加工出整數(shù)個鏈輪的鏈齒。

（2）初步加工。先對每一鏈板的表面加工到規(guī)定的尺寸，再分別對每一鏈板的第一面、第二面、第一端、臺階面及連接第一面和第二面的兩側面均加工到規(guī)定的尺寸，并使第一面、第二面及第一端的粗糙度為Ra6.3 μm。在初步加工過程中，對每一鏈板的第二端的表面進行初步加工，并保留5～8 mm的加工余量，以便于在第二端上加工鏈齒，同時還在每一鏈板上加工固定孔。

▲圖1新的鏈輪加工方法流程

▲圖2 鏈輪加工結構組成

（3）精確加工。第一步，先使相鄰兩個鏈板的端面相互抵接，拼接形成鏈輪的輪坯，并使每一鏈板的第二端朝向輪體的外周；第二步，通過數(shù)控切割機對拼接在一起的輪坯的外周進行切割，形成鏈齒。具體過程為：啟動數(shù)控切割機的割嘴，使割嘴自輪坯的任意相鄰兩個鏈板的接縫處為起始點，開始進行切割加工。精確加工的第一步和第二步之間還包括，在第一步之后，先通過數(shù)控切割機測量鏈輪的輪坯與數(shù)控切割機的軌道之間的夾角，并根據(jù)數(shù)控切割機的程序，確定切割加工的方向，再通過數(shù)控切割機確定鏈輪的輪坯的圓心。

2.3 大型鏈輪綠色下料方法的分析

新鏈輪的綠色加工方法具備的優(yōu)點有：①利用數(shù)控切割機切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機床銑削加工，切割需要的時間短，節(jié)約了生產(chǎn)加工成本；②將所有鏈板先裝配在輪體上，再進行整體切割，相對于對每一個鏈板單獨加工后再拼接成鏈輪，減小了累積加工誤差；③通過數(shù)控切割機測量了鏈輪的輪坯夾角及圓心，提高了加工的精確性。

3 實施實例

以混勻取料機的斗輪機構驅動鏈輪為例來介紹新鏈輪加工方法的使用方法。橋式混勻取料機的斗輪機構一般是由雙斗輪組成，兩斗輪之間通過小車相連接，有兩個大鏈輪通過螺栓分別固定在斗輪機構的兩個輪體上，斗輪機構直接由鏈輪來驅動。斗輪機構的輪體直徑一般在5 m左右，固定在輪體上的鏈輪直徑也在5 m左右，由于鏈輪直徑很大，其制造成本在整個鏈輪成本中占有很大的比重。另一方面，由于鏈輪工作環(huán)境惡劣，鏈輪屬于易損件，一般使用幾年后，由于鏈輪的部分輪齒損壞需要對鏈輪進行修補或更換鏈輪，因此合理的鏈輪制造工藝就顯得尤為重要。

新的鏈輪加工方法在工程中的應用如圖3所示。其特點：一是節(jié)省時間，加工方便，一個大的輪體的輪齒只需1.5 h就可切割完成，而采用傳統(tǒng)的機床銑削加工需 6至 7天；二是費用低，采用銑齒加工鏈輪的輪齒需花費15 000元左右，而采用新的火焰切割加工方法只需要200元；三是提高精度，由于鏈板是先裝配在輪體上，然后再整體切割，因此減小了累積誤差。

▲圖3 新的鏈輪加工方法在工程中的應用

4 結論

本文在詳細分析傳統(tǒng)大型鏈輪制造工藝方法不足的基礎上，提出了新的鏈輪制造工藝方法及流程。新的方法加工時間短，節(jié)約了生產(chǎn)成本，減小了累積加工誤差，提高了加工的精確性。新的加工方法應用于混勻取料機斗輪機構的驅動鏈輪的制造加工，取得良好的綜合效果，為大型鏈輪的制造加工提供了參考和借鑒。

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