对具有渐开线花键内孔的齿轮类工艺进行改革的探讨.pdf

一 对具 有渐开线花键 内孔 的齿轮 类工艺进行改革的探讨 王宏建 内孔带花键的齿轮在机械行业 汽车行业中占有相当比趔 尤其在大批量生产的汽车行 业中有 广泛的应用 如变速 器中的同步器齿套 同步器齿毂 结合齿环等 在变速器中 同 步 器齿套 占 要的地位 本文主要 以齿套为例进行 探讨 齿套主要有 以下形式 见图 1 j 现行同步器齿 套类零件 工 艺多 采用粗 车 拉 花键 孔 精车 滚齿一剃齿 的齿轮工艺 是一种较为广 泛的加工方法 这种加工方法在当今各 企业为提高各 自 的产 品质量 促进技术进步 贯彻 J B 1 7 9 8 3 齿轮新标 准时 就会暴露出一定的问题 用传统的加工方法很难 达到新标准的要求 这 主要是因为生产批量大 工 艺不 合理 设备工装本 身精度低 及人为因素造成的 因此 为使产品创优升级 更新换代 采用新技术 改革研究 齿轮加工工艺是势在必行的 一 齿套类零件机加工工艺 酉固 圈1 一 传统工艺 以某汽车变速器同步器齿套为例 见图 2 齿 套材料 2 0 Cr Mn Ti 毛坯 模锻件HB 1 5 6 2 l 7 热处理 渗碳淬火 工艺过程见表 1 齿套机加工工艺规程 表 1 工 序 工 序 内 吝 设备 名称 定位基准 号 l 蛆车小 端外 圆 普 通车床 大端 面外回 2 车大 端面 镗孔 倒8 角 普 通车床 小端 面外圜 3 半 精车外 圆 小 端面倒 a 角 多刀 车床 孔 大端面 4 拉 圃孔 g 3 2 4枷 卧式拉 床 大 端面 5 清 洗 清洗机 6 车小 端面 切内 槽 1 1 0 1 0 普通车 床 内孔 大螭面 7 拉 新开线 内齿花 键孔 卧式拉 床 大 埔面 8 清洗 清洗 机 9 精 车大端 面 普通 车床 花健孔 l 0 精 车外 回 倒 角 粗切槽 多 刀车床 大端面 花 键 l 维普资讯 续表 工 i 序 I 工 序 内 容 设备名称 定位蝽准 滚齿 一坎装 央两 件 击毛 刺 制太 端齿晖 斜角 l x 4 5 倒外 由圆角 R 2 2 留 i 内 齿 是角 击毛刺 倒 另 一端内齿 角 去毛 刺 滚齿帆 钳工 台 倒角帆 倒 角机 倒 角机 钳 工 台 倒 角帆 钳工 台 清洗 I 清洗机 小 端面 花键 小端面 花髓 太端 面 花键 T 端面 花键 T 端面 花键 2 1 许顾 开 线 内 圬 斜 角 嘲 端 挤 齿 帆 端 面 外 2 2 曾里孔 去 内圆毛刺 内圆睹 床 小端 面 外圆 2 3 推 于 F 线内齿孔 击赫 齿毛刺1 油墨帆1 1 1 1 1 大 端面 2 4 清洗 清f j E 帆 2 5 精切拄 里槽及倒 角 普通 车床 太端面 花键 2 6 剃齿 剃齿帆 两端面 花键 2 7 清洗 清洗帆 2 8 中间检验 2 0 热处理 3 0 赫 卜 齿 挤齿帆 两 端面 花键 3 l 清洗 清洗 机 3 2 艟终榱验 船 试噪 去毛刺 配时 饥 3 4 拉验接 触区 3 5 清 洗 3 6 与 齿古选配成 套 二 工艺过程分析 多年来 我们一直采用上述典型工艺加工齿套类零件 而加工出的产 品质量是不稳定的 仅在齿坯加工工序中 废品率约为 l O 2 0 而由于齿坯精度低的影响造成齿部加工废品率 约 5 l O 给工厂的经济造成很大的损失 因此 如何提高齿坯加工精度 降低废品损失 是我们重点研究的问题 1 影响齿坯加工精度的因素 工序分散 从表 1 齿套工艺中我们可 以看到 工件经过多次装卡加工 定位基准面多次变换 工序 较为分散 仅车加工工序就安排 7 次 这造成了工件各表面间位置精度不易保证 同时占用 机床人力较多 生产占地面积比较大 不利于生产的组织管理 因工件装卡时基准多次转换 将使得工艺尺寸链加长 由尺寸链的计算我们可知道 这必然造成为保证最 舌的尺寸精度 而 压缩前面几道工序的 尺寸公差的后果 人为地增加了零件的制造精度 给加工带来困难 2 孔加工精度的影响 表 l 工艺中 孔是分别由序 4 序 7 两道工序拉削加工的 昕采用的机床为卧式拉床L 6 2 0 L 由于工件孔径较大 故拉刀重量较大 在拉削时 由于切削力与工件重力 拉刀重力方向不 2 2 3 4 7 8 0 a 维普资讯 共 客 可 年 图 2 一 致 易造成孔的几何偏心及拉出的孔成喇叭口形 卧式拉削易产生振动 使得花键孔齿面 光洁度及尺寸精度不稳定 孔的精度降低对后面工序精车 滚齿 剃齿等影响就很大 孔是 后面工序的定位基准 精车时会造成端面 外圆跳动不稳定 从而影响齿部加工时齿向误差 超差 径向跳动超差 这种卧式拉削方法对提高孔径较大的工件的基准孔精度有着一定的阻 碍作用 工序2 3 采用花键推刀推渐开线内齿孔 目的是为去除序2 l 挤内齿 斜角所留下的内孔毛刺 这道工序往往由于受刀具 夹具设计及操作者水平的影响 经常造成推孔时将齿面刮伤 将 花键孔推歪现象 破坏齿面精度 目前 有些厂家正在改进 刀具设计 夹具设具 将推刀前 导部分加长 把压床的压头做成浮动式 使推刀在孔中自动定心等起到了良好的技术效果 在很大程度上避免了上述推孔方法所造成的不 良后果 端面加工精度的影响 由表 l 工艺可知 齿坯端面加工 时 定位基准是孔 首先 由于前述孔加工精度的不稳定 在以孔为基准加工端面及槽时 会造成端面跳动公差超差 这直接影响齿向误差 是造成齿 3 维普资讯 向误差超差的主要原因之一 其次 在加工端面时 是用锥 度心轴做为夹具 工件在锥度心 轴上安装时 操作者每次将工件压在心轴上的位置不一样 要根据经验才能将 工件压在适当 部位 如果压的松 工件在车削时易发生转动或轴向位移 易打刀且工件端跳大 压的太紧 易使花键齿变形 破坏齿部精度 从而影响后面 齿部工序的加工精度 人员 设备对齿坯加工精度的影响 在表 l 所示大批量生产过程中所使用的机床一般多为普通车床 多刀车床 机床精度低 有部分是超龄服役 多刀机床的调整亦较为复杂 工艺中所使用的刀具多为专用焊接刀 因 此机床的调整 刀具的刃磨主要依赖操作者的技术水平 因此 采用表 l 工艺加工出的工件 质量是不稳定的 K 齿坯加工新方法 L 提高齿坯加工精度及生产率新途 径 我们采用的新工艺方法是 首先 利用数控车床进 行齿坯的粗精车工序 分两次装卡完成精车加工即 加工大端外圆 端面 内孔 内孔槽 加工小端外圆 端面及切拨叉槽 见图 所示 齿坯精车舌 直接转到立式拉床上拉花镱从而完 成齿坯的精加工 采用立式拉床拉削预先精车过的工件 4 车齿坯 围 维普资讯 关键是保证定位盘定位平面与拉刀拉削方向垂直 垂直度超差会使拉后的工件端面跳动增大 对于定位盘要求其两平面平行度为0 0 0 5 工件精车时两端面平行度为0 0 1 5 在保证拉刀与定 位盘垂直的情况下 拉出的工件在以花键定位测量端跳为0 毗 O O 4 外圆跳动0 0 3 O 0 8 完全满足使用要求 改进后的工艺规程见表 齿套工艺规程 表 2 工 序 工 序 内 容 设备名称 定位基准 号 l 粗 精车 大螭 外圆端 面 内槽 数控 车床 小 外圆 端面 2 粗 j 膏车小 端外 圆 端 面 外槽 数 控 车床 大外 圆 端面 3 拉惭 开线 花键 内孔 立 式拉床 大端面 4 揎验 检验台 5 准齿 一谯 装两 件 维齿机 小 端面 花健 6 击毛 刺 钳工台 7 倒大端齿廓斜角 l x 4 5 蚂 角 机 小端面 花盛 8 例外 齿圆 角 R z 2 舟角 机 大端面 花链 0 徊内齿尖 角 小端 舟角 机 大端 面 花链 l 0 去毛 刺 钳工台 l l 制 片一端内齿 尖 角 大蝙 倒角机 小端面 花髓 l 2 去毛 刺 钳工台 l 3 清 洗 清洗机 1 4 挤渐开线 内齿 斜角 两端 挤齿机 端面 外 圆 l 5 磨 里孔 击内 孔毛柑 内圆 磨床 小端面 外 圆 l 6 推渐开线 内齿孔 击 挤齿毛 刺 l 0 T 油压机 大 端面 l 7 清洗 清洗机 l B 剃齿 剃齿机 两 螭面 花髓 1 0 清洗 清 洗机 2 O 中间揎验 2 l 热处理 2 2 挤外齿 挤齿 机 两端面 花髓 2 3 清冼 2 4 最终检验 2 5 试垛 音 击 毛刺 配 对机 两 螭面 花髓 2 6 检验接触 区 2 清洗 2 8 与齿古选 配成套 3 工 艺对比 生产率高 齿轮加工的主要任务是齿形加工 因此 缩短齿坯加工工序 减少其单件机加工时间是很 有必要的 采用新工艺 用数控机床加工齿套齿坯 机加工单件时间仅为 2 分l O I o这种加 工方法对于多品种批量生产只需进行少量调整 夹具只需更换三爪 而数控系统约可存储 8个 加工程序 更换加工对象很方便 生产效率大大提高 工序集中 工件分两次装卡完成粗精加工 避免了工序分散所带来的 些不 良后果 尺寸链计算大 为简化 有效地 避免了工件的磕碰 问题 工件的相互位置精度 比较好 经济效益明显提高 维普资讯 新方法 加工齿坯只需两套卡爪 齿坯加工由啄l 2 道工序减至 4 道工序 节约大量夹具 量具 工装费用大大下降 缩短了工装制造周期 另外 采用机夹刀片 加工齿套i i 0 的 内 槽可节约大量资金 见下表对比 7 丁具种娄 每把 片 加工零件 数 生产纲领 件 佯 每把 片 玎价 格 刀具成 车 元 高 速 钢 成 型 刀 7 0 l 0 0 0 0 3 0 兀 1 7 i 4 2 8 机 央 刀片 g 6 0 l 4 0 O 0 O 5 6 0 元 2 船 3 3 仅加工内槽一项就可节约 1 6 9 0 9 5 3 元 4 先精车后拉孔方式的优点 新工艺一个明显特点是采用先精车成型 后拉花键孔 同时省去了拉圆孔工序 这种加 工方法可保证 工件 两端面及拨叉槽两侧面对花键孔轴心线的跳动0 0 3 以内 对后序齿部加工 无影响 拉花键孔采用立式拉床 下拉式 工件水平放 置 此时工件 刀具重力及拉削力方 向一致向下 工作时切削平稳 大大改善了加工精度 机床主 电机及液压系统与机床采取分 离式 减少了机床的振动 采用先精车后拉孔的工艺 对于齿套类零件经实践证明是完全可行的 是一种高效先进 的工艺方法 这种工艺方法对 加工具有内孔花键的零件 如结合齿圈类零件 带内花键的齿轮 类零件是很有借鉴价值的 在实践中还需进 一步验证 二 花键孔热处理变形问题 同步器齿套属于薄壁型零件 轴向各截面壁厚也不均匀 热处理时花键孔变形较大 热 后通常呈椭圆 测量跨棒距 变化值高达0 2 0 0 4 0 毫米 在拨叉槽处壁厚最薄 花键孔收 缩变形较大 这是工艺中的一个难点 有的单位采取热处理淬火时 在工件内孔加一定位心 轴的方式来控制花键孔的变形 起到一定的效果 一般跨棒距变化可控帝 在0 0 6 以内 但质 量有时不稳定 也有的生产厂家采取热后修复花键孔的方法 如梅州齿轮厂用自行设计的孔 式花键推刀修复工件热后变形 他们采用分类选刀方式修复齿套花键孔变形 花键推刀采用 负前 角提高刀具强度 同时改进刀具前引导部分 提高刀齿导向作用 修复效果良好 对于 花键孔精度要求较高的工件 如果将上述两种方法