内蒙古北方重工业集团有限公司：大型开放式齿弧加工的技术创新与应用

一、研究背景及意义

中国海军052D驱逐舰130mm舰炮，于2005年开始工程立项，由内蒙古北方重工业集团有限公司生产。火炮采用单管双链路供弹、水冷却，身管长70倍口径，可全自动装填弹药，全炮重量50吨。130毫米舰炮是现役水面舰艇最大口径舰炮，具有射程远、射速快、威力大和自动化控制高的特点,可进行对岸攻击及火力支援，对海打击，并兼顾防空的作战任务。

二、主要技术原理

高低齿弧是舰炮产品武器发射系统中，由高低机驱动改变射击俯仰角度的关重零件，该零件的平面度、圆度等尺寸精度直接影响制齿的公法线尺寸、齿厚、齿槽宽等尺寸精度，进而会影响总装调试时主啮合齿侧间隙、主啮合齿高啮合接触面积、主啮合齿长啮合接触面积等调试参数，最终影响整炮射击精度。因此关于该零件尺寸精度改善提高的研究，对130mm舰炮产品的质量综合提升有着重要的意义。

三、解决的关键问题

1、高低齿弧其结构为横截面为98°的梯形状大型开放式齿弧，加工过程中三件为一组同时在数控立车上车削完成。车削过程中齿弧两侧端尖角对刀刃的瞬时冲击力大，增大了切削抗力，使零件产生应力变形，无法满足圆度≤0.05mm、平面度≤0.05mm、平行度≤0.05mm的技术要求，并且在车削过程中刀具磨损严重甚至损坏，加工效率低，严重制约产品的按时产出；

2、车削加工过程中，刀具对工件形成的挤压和摩擦，使工件表面产生塑性变形，并在表面层的金属中呈现内应力，应力层切除后应力又重新分布，使零件产生扭曲变形；

3、由于高低齿弧结构的自身特点，在滚齿设备上加工存在诸多困难：

⑴原有滚齿夹具与产品件重量接近机床承重极限，在加工过程中产生共振及抖动现象，造成齿面高低不平、质量差；

⑵由于零件精度要求高，精滚时滚刀磨损对形位公差产生影响。

四、完成主要过程

1、增加铣削工艺：车削前，对开放式大型齿弧两侧端尖角进行15×45°的辅助工艺倒角（长度方向有加工余量），增加切削时刀具缓冲，最大限度的减少工件侧端对刀刃的瞬时冲击力，将零件的车削变形量控制到最小；

2、将3个圆柱等高垫铁调整为2块长500mm的圆弧形垫铁，增加装夹时的接触面积，并在无压紧力的空位处，用自制平面顶尖支撑，以保证齿弧加工的平面度及表面粗糙度；

3、装夹齿弧时，保证平面度在自由状态下压紧，必要是齿弧平面与机床工作台之间的间隙用薄铜皮垫实，各点垂直压紧力由扭矩扳手均匀控制（压表控制），防止加工后平面度反弹；

4、优化工艺：

⑴采用时效处理来减少或消除内应力，通过2次热处理回火，半精车后再增加2次振动时效，来保证金属切削应力得到充分的释放；

⑵合理安排工艺过程，优化粗加工——半精加工——焊接挡环——半精加工——精加工——精整加工工序，反复修正基准平面，保证平面度精度0.05mm；

⑶设计制造制齿工装，在保证刚度和强度的条件下最大结构地减轻夹具重量，为保证夹具的稳定性，夹具本体采用铸件结构；在圆周方向一次装夹三件高低齿弧，对机床均匀受力，能有效解决机床共振与抖动现象。