1 雙聯(lián)齒結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品重要特性、工藝基準(zhǔn)以及問題分析

　　1.1 臺階孔雙聯(lián)齒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　從圖1可以看出：該齒輪結(jié)構(gòu)是目前我公司最為復(fù)雜的，由齒輪A、齒輪B組成，齒輪A和齒輪B在焊接點(diǎn)1、2處通過電子束焊聯(lián)結(jié);采用電子束焊聯(lián)結(jié)的理由是：齒輪A為斜齒，螺旋角為22°30′，在無專用的斜齒輪插齒機(jī)的情況下(即使用專門的斜齒輪插齒機(jī)，效率也較低，成本也較大)，齒輪A與B齒輪距離較近(見圖2，為30mm)，同時由于最小滾刀直徑的限制，齒輪A無法滾出，只能在滾A齒后與B齒輪焊接。內(nèi)孔由軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ、孔Ⅲ組成，軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ是盲孔，形成兩個臺階，軸承孔Ⅰ和軸承孔Ⅱ是該齒輪總成的裝配基準(zhǔn)和檢測基準(zhǔn)。

　　1.2 產(chǎn)品重要特性與機(jī)械加工工藝基準(zhǔn)的選擇

　　圖3 產(chǎn)品重要特性與機(jī)械加工工藝基準(zhǔn)

　　該產(chǎn)品重要特性如圖3所示，眾所周知，電動叉車變速器齒輪噪音要求較高，其齒輪齒形、齒向、齒距累積的要求也較高，一般精度要求在GB/T10095-2001 7級以上，現(xiàn)將該齒輪含圖3的主要技術(shù)要求列表如下：

　　表1 該雙聯(lián)齒主要技術(shù)要求(單位：mm)

　　由于以上產(chǎn)品特性主要以Ⅰ—Ⅱ?yàn)槁?lián)合基準(zhǔn)檢測和裝配的，所以機(jī)加工基準(zhǔn)最好以Ⅰ—Ⅱ?yàn)槁?lián)合基準(zhǔn)加工，但是如果采用上述兩段臺階孔結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)，工裝制造會比較復(fù)雜，甚至無法采用，只得采用孔Ⅲ為機(jī)加工工藝基準(zhǔn)。

　　1.3 問題初步分析

　　從以上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、重要特性、基準(zhǔn)選擇分析，結(jié)合圖3可看出：此結(jié)構(gòu)的齒輪可能會存在以下問題：

　?、?齒輪A、B的加工基準(zhǔn)(孔Ⅲ滾齒、剃齒)與裝配基準(zhǔn)(Ⅰ—Ⅱ聯(lián)合基準(zhǔn))不統(tǒng)一，導(dǎo)致表1所示的A、B齒輪精度(相對軸承孔Ⅰ或Ⅱ)會有所降低;

　　②. A、B齒輪精度相對軸承孔Ⅰ—Ⅱ?yàn)槁?lián)合基準(zhǔn)會進(jìn)一步降低;

　?、?根據(jù)表1第1項(xiàng)技術(shù)要求，如果軸承孔Ⅰ與軸承孔Ⅱ同軸度相差較大，會導(dǎo)致裝配后的A、B齒輪精度快速降低。

　?、?由于熱處理前齒輪A、B制齒基準(zhǔn)一致，應(yīng)該說A、B齒輪齒距累積、齒向精度能保持一定同步，如果A、B熱處理變形規(guī)律差異較大，磨內(nèi)孔后A、B齒相對軸承孔Ⅰ、Ⅱ的齒距累積精度將難以達(dá)到同步;即任以Ⅰ、Ⅱ?yàn)榛鶞?zhǔn)，A精度達(dá)標(biāo)，而B精度不達(dá)標(biāo)，或者反之;表2試驗(yàn)的一組齒距累積數(shù)據(jù)可證明這一點(diǎn)，熱處理前A、B齒輪齒距累積均達(dá)標(biāo)，且保持在良好的狀態(tài)，熱處理磨內(nèi)孔后A齒88.9%達(dá)標(biāo)，且數(shù)值變化不大;磨內(nèi)孔后B齒輪55.6%不達(dá)標(biāo)，且數(shù)值變化較大。

　?、? 如果電子束焊工序排序不當(dāng)，由于焊接點(diǎn)離A齒較近，電子束焊帶來的變形至少會影響A齒輪精度。

　　上述問題中①②③可以歸結(jié)為基準(zhǔn)不重合問題;第④項(xiàng)所述問題是本文探討的最主要的問題。

　　表2 齒輪A、B齒距累積數(shù)據(jù)(單位：μm)

　　現(xiàn)主要分析以下三種工藝方案。

　　2. 工藝方案分析

　　2.1 改進(jìn)前工藝方案(方案一)：

　　最初機(jī)械加工工藝流程為：

　　A、B齒粗車→正火(不分析)→A、B齒精車→滾A、B齒→A齒剃齒→A、B齒電子束焊→B齒剃齒→熱處理→磨軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ、孔Ⅲ;

　　明顯存在的問題：電子束焊工序排序不當(dāng)，由于焊接點(diǎn)離A齒較近(如圖2所示)，電子束焊帶來的焊接變形影響A齒精度。

　　進(jìn)行一次改進(jìn)后機(jī)械加工工藝流程為：

　　A、B齒粗車→正火(不分析)→A、B齒精車→滾A齒→A、B齒電子束焊→滾B齒→A、B齒剃齒→熱處理→磨軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ、孔Ⅲ;

　　改進(jìn)效果：A、B齒均在電子束焊后剃齒，消除了電子束焊帶來的變形影響。

　　結(jié)論：如果必須在圖1所示的焊接點(diǎn)1處電子束焊，電子束焊工序應(yīng)排在A齒滾齒后、B齒滾齒前，使A、B齒熱前制齒基準(zhǔn)一致;這樣1.3節(jié)所述的問題⑤能夠徹底解決。

　　2.2 熱后焊接工藝方案(方案二)：

　　主要思路是：A、B齒獨(dú)立加工成成品后，通過過盈聯(lián)結(jié)，輔助電子束焊形成最終產(chǎn)品。

　　機(jī)械加工工藝流程為(見圖4)：

　　A、B齒粗車→正火(不分析)→A、B齒精車→滾A、B齒→A、B齒剃齒→熱處理→A齒磨軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ、孔Ⅲ、A齒磨兩檔外徑;B齒磨兩檔內(nèi)孔→A、B齒壓配、電子束焊;

　　圖4 A、B齒獨(dú)立加工、過盈聯(lián)結(jié)、電子束焊工藝方案

　　改進(jìn)效果：單個齒加工保證精度相對容易，所有只要A、B齒各自加工得到較為滿意的精度，通過圖4中φ100、φ110兩檔尺寸的過盈聯(lián)結(jié)，即會得到較為滿意的精度;該方案規(guī)避了A、B齒已成合件，當(dāng)熱處理變形規(guī)律差異較大時，導(dǎo)致磨內(nèi)孔后， A、B齒相對軸承孔Ⅰ、Ⅱ的齒距累積精度難以達(dá)到同步的問題;同時焊接點(diǎn)如圖4所示，由于采用過盈聯(lián)結(jié)，只需一個焊接點(diǎn)，且遠(yuǎn)離A、B齒，消除了電子束焊帶來的變形影響;這樣1.3節(jié)所述的問題④能夠得以解決。

　　2.3 熱后磨B齒工藝方案(方案三)：

　　主要思路是：A、B齒成合件后，把合件當(dāng)作只有齒輪A進(jìn)行加工，提高A齒工裝精度，使其得到較為滿意的精度，將主要的誤差累積到B齒，然后通過磨B齒，達(dá)到齒輪總成整體精度的提高。

　　機(jī)械加工工藝流程為：

　　A、B齒粗車→正火(不分析)→A、B齒精車→滾A、B齒→A齒剃齒→A、B齒電子束焊→熱處理→磨軸承孔Ⅰ、孔Ⅲ→磨B齒→磨軸承孔Ⅱ;

　　或A、B齒粗車→正火(不分析)→A、B齒精車→滾A、B齒→A齒剃齒→A、B齒電子束焊→熱處理→磨軸承孔Ⅰ、軸承孔Ⅱ、孔Ⅲ→磨B齒。

　　2.4 各工藝方案共同存在的可改進(jìn)點(diǎn)：

　　①.熱處理前的齒向糾正：通過試驗(yàn)得出，對于A齒，不同的裝爐方式應(yīng)采用不同齒向糾正量，裝爐方式主要有兩種形式：串裝和平裝，見圖6和圖7;否則，熱前滿意的齒向熱后也不一定得到合格的產(chǎn)品;試驗(yàn)表明：熱前按如下齒向糾正量會得到滿意的結(jié)果，(齒輪計(jì)量時安裝位置統(tǒng)一為圖7所示位置)。平裝：熱前左齒面fHβ：±5μm;右齒面fHβ：0—10μm;串裝：熱前右齒面fHβ：10—20μm;右齒面fHβ：0—10μm。齒向糾正量試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，從表中看出串裝方式熱前與熱后左齒面fHβ變化了10—20μm;平裝方式熱前與熱后左齒面fHβ變化了-5—5μm。

　　表3 串裝方式、平裝方式齒向糾正量左齒面fHβ(單位：μm)

　?、?裝爐方式的不同，會導(dǎo)致A齒齒輪本身變形規(guī)律不一致，表4的一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，串裝方式會導(dǎo)致A齒軸承孔Ⅱ嚴(yán)重失圓，這表明A齒本體位置已發(fā)生較大變化，最終導(dǎo)致A齒齒距累積難以達(dá)標(biāo);

　　結(jié)論：串裝方式的裝爐不可取。

　　表4 串裝方式軸承孔Ⅱ熱前、熱后失圓量數(shù)據(jù)(單位：μm)

　?、?為減輕基準(zhǔn)不一致導(dǎo)致的誤差，提高熱前滾、剃精度，采取了以下措施：一是提高A齒基準(zhǔn)孔孔Ⅲ的精車精度(見圖11)，從而提高滾齒和剃齒精度;二是在目前暫無漲套式(制作周期長，且在本例的應(yīng)用存在一定的困難)滾、剃夾具，消除間隙，提高齒距累積誤差和齒向精度情況下，用兩根尺寸不同的光芯軸，采取分組加工的方法，彌補(bǔ)少量精車超差產(chǎn)品(孔大9μm以內(nèi))，不至于報(bào)廢，同時提高了剃齒精度，后期考慮改進(jìn)夾具，以減少安裝間隙，限制端跳對A齒齒向精度的影響，(端跳不超差，但對本例結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，微量的間隙影響較大，結(jié)構(gòu)影響見圖12,剃齒時懸空)，提高精度。

　　圖11 提高基準(zhǔn)孔精度

　　3. 各工藝方案比較及選擇

　　把前述三種方案主要工序列表如下：

　　表5 三種方案的工序比較

　　前述三種方案單臺工序成本比較列表如下：

　　表6 三種方案的成本比較(單位：元)

　　前述三種方案質(zhì)量狀況比較如下：

　　表7 三種方案的質(zhì)量比較

　　注：根據(jù)前面各方案的分析，定性評價(jià)：0表示質(zhì)量差，指該項(xiàng)經(jīng)常超差，1表示質(zhì)量中等，表示該項(xiàng)有超差現(xiàn)象，2表示質(zhì)量好，不超差，分值是各分項(xiàng)的A齒得分×B齒得分之和;根據(jù)前面分析，方案一第3項(xiàng)A、B齒不能同時為1。

　　綜上分析，可得出結(jié)論：

　　從成本角度看：方案一的成本最低，方案二成本較低，方案三成本最高，但是，綜合方案一的不合格率(嚴(yán)格對照技術(shù)要求，有大于80%不合格率，且常有批量退貨發(fā)生)，方案一成本最高。

　　從質(zhì)量角度看：方案三的質(zhì)量最好，方案二次之，方案一質(zhì)量最差。

　　綜合質(zhì)量、成本因素和用戶實(shí)際需求，方案一是一種不成熟的工藝方案，特別是齒距累積的經(jīng)常超差會引起變速器較高的噪音，不進(jìn)行重大改進(jìn)不宜采用;方案二在質(zhì)量成本的平衡有一定的優(yōu)勢，在前述熱處理前的齒向糾正、電子束焊、熱處理裝爐方式、滾剃齒精度得到改善的情況下，面對低端用戶或用戶要求不高的情況下可選用。方案三在做好前述各工藝方案共同存在的可改進(jìn)點(diǎn)時，具有較大的質(zhì)量優(yōu)勢，在面對高端用戶或用戶要求較高的情況下要選用，是“走質(zhì)量效益性道路”的較好選擇。