棘轮本体热处理工装在改进前采用20# 碳钢，在高温（535 ℃）及急速淬水（60 ℃）的双重作用下加速了框体的腐蚀，致使框体的力学性能下降，同时单件棘轮毛坯的重量约为20 kg， 在热处理过程中，促进框体的变形速度加快，最终导致棘轮本体的不平度超过技术指标，同时影响产品质量，为了解决这一问题，将框体材料更换成304 不锈钢，同时重新设计框体的结构，延缓框体的腐蚀速度，增加框体的力学性能，使热处理产品符合技术要求，并且产品的质量与产量也同时得到保证[1-3]。
1 热处理工装结构分析
目前的生产方式，工装框架材料采用普通碳钢，结构为整体式结构，根据长期的热处理生产实践表明，存在着较多的工艺性缺陷[4-6]。
改进前框体的材料采用的是20# 碳钢，在高温（535 ℃）及急速淬水（60 ℃）的双重作用下加速了框体的腐蚀， 加之南方多为潮湿天气， 腐蚀框体中的[Fe]较通常情况下活泼，在高温下加速了[Fe]移动，在一定程度上，使棘轮表层的[Fe]含量增高，降低产品表面质量； 长时间使用腐蚀框体， 致使水质变差，影响产品质量，同时导致设备内部生锈结垢、管路堵塞，将直接导致设备损坏，无法正常工作，如图1 所示[7-13]。
图1 原先的热处理零件筐，右图为局部细节俯视照片
Fig.1 Previous heat treatment basket,left one is local detail top view of the basket
可以看出，碳钢型框架为整体式框架，管材选用圆管，管材与管材相互之间形成的约束力小；装料方位直接就是一整根横管材，中间没有任何的支撑，在棘轮本体及自身的重力作用下，横管极易发生变形；每件棘轮位的四角焊接4 个角板， 以支撑水平棘轮齿，焊接时，4 个角板的水平位难以保证在同一水平面内，最终导致棘轮齿在高温中发生变形现象[14-18]。
2 工装结构优化设计
设计主要是为了改变框体结构的不合理性，加强框体的防变形能力；改变框体材质，延缓框体的腐蚀速度；达到提高棘轮热处理效率，缩短后续工序时间，提高材料的利用率，降低成本的目标。
设计主要从4 个方面进行： ①将整体式框架改为短距离管体连接， 破坏以前一整根横管到底的模式，增强管体与管体之间的相互约束力，同时在管体之间增加加强筋， 以达到加强框体的防变形能力；②改变框体材质，选用304 不锈钢，延缓框体的腐蚀速度；③框体管材有圆管变为方管，更改棘轮齿支撑板的位置，保证焊接时及使用过程中，棘轮齿在同一水平面； ④棘轮小轮托板改为上下调节型，可根据棘轮的放置情况，改变棘轮托板的水平位，已达到将棘轮放置在一个合适的空间位置。如图2所示。
图2 新设计的热处理零件筐，右图为局部细节照片
Fig.2 The newly designed heat treatment basket,right photo is local detailed view of the basket
3 矫正工装
为了提高铸件的制造精度， 设计了一款矫正工装，作为备选项，如果热处理后棘轮不平度不能满足设计要求就进行矫正， 以此来保证产品的不平度达到技术要求，如图3 所示。 以产品ϕ40 的中心孔作为定位中心，产品小轮端面与工装下模下平面贴合，使用环形的的压板（见图3c）压紧方式，在压力机的作用下，对产品进行矫正。 同时，下模上平面均布6个ϕ50 的限位块， 在保证达到矫正目的的同时，也不压伤铸件， 且下模的上平面也可作为检验基准面，将产品放入下模后，用塞尺测量产品不平度，在技术范围内，就判定合格，超过技术要求，进行矫正工步[19-20]。
图3 棘轮的矫正装置
Fig.3 Correction tooling for ratchets
4 生产验证
所设计的料筐每层4 件，共5 层，每筐或每批次处理20 件， 在535 ℃的温度下保温8 h 以上，进行淬水处理，水温温度大于60 ℃，侵水时间为10 min，待铸件完全冷却后，与矫正工装配合使用，测量产品不平度，测量数据见表1，从表中可知，产品不平度基本保持在0.002 5～0.020 0 mm，满足使用要求。
表1 棘轮不平度统计表
Tab.1 Statistics of flatness of ratchets
批次铸件编号及不平度值平均值123456789101112131415161718 19 20 100.040000.05 0.2000.030000000000 0.016 0 20000.0300.15000.04 0.25 0.070000.30000 0.01 0.042 5 3000000.03000.05000.05 0.070000.06000 0.014 0 400.05 0.09000000.050000.08000.0700.06 00 0.020 0 5000.15000.080000.0600.05 0.0400.0500000 0.022 0 600000.100000.05 0.05 0.0300.02000.05 0.09 00 0.019 5 700000.0300.02000000.08 0.090000.06 0 0.07 0.017 5 8000.10000.07 0.03000000000000 0.010 0 900000000.03 0.03 0.0200000.02000 0.05 0.04 0.009 5 10 0.03 0.0100000000000000.010000 0.002 5
5 结束语
通过实践生产证明， 更改热处理工装材质和结构形式，对产品的防变形能够起到关键的作用，产品不平度基本保持在0.002 5～0.020 0 mm 之间， 解决了在实际生产中存在的问题，产品合格率大大提高。
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