一款自主開(kāi)發(fā)變速器采用橫置式結(jié)構(gòu)，差速器殼體總成部件集成于變速器之中。差速器殼體總成由差速器殼體和主減速?gòu)膭?dòng)齒輪兩個(gè)零件鉚接而成，兩者之間的配合關(guān)系為過(guò)盈配合?？偝刹考膶?shí)際工作精度為鉚接之后的齒輪精度，且各項(xiàng)精度指標(biāo)按6級(jí)(GB 10095)統(tǒng)一要求，精度要求較為嚴(yán)格。

　　一方面，從動(dòng)齒輪零件本身由于結(jié)構(gòu)原因容易產(chǎn)生較大的熱處理變形;另一方面，從動(dòng)齒輪在與差速器殼體鉚接時(shí)齒輪精度會(huì)有一定損失，故依原有的將兩個(gè)零件均加工至成品狀態(tài)最后鉚接的工藝難以保證齒輪的工作精度。

　　本文通過(guò)一系列的精度分析及熱變形和鉚接磨齒試驗(yàn)對(duì)主減速?gòu)膭?dòng)齒輪的制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到了保證精度的同時(shí)降低成本的效果。

　　1 從動(dòng)齒輪制造工藝分析

　　主減速?gòu)膭?dòng)齒輪的原制造工藝為先將齒輪加工至成品狀態(tài)，再與差速器殼體零件進(jìn)行裝配鉚接，經(jīng)過(guò)對(duì)各項(xiàng)齒輪精度的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)即使鉚接前齒輪精度可以達(dá)到圖紙要求，但由于鉚接造成的齒輪精度損失，仍會(huì)導(dǎo)致總成部件齒輪工作精度超差，如圖1所示。

圖1 原有工藝鉚接精度損失

　　這種磨齒之后鉚接的工藝不僅鉚接過(guò)程中的精度損失難以控制，而且由于磨齒的定位裝夾需求，從動(dòng)齒輪的內(nèi)孔和端面必須進(jìn)行熱后硬加工，這也造成了制造成本的增加。

　　針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，本文提岀從動(dòng)齒輪熱后不機(jī)加，直接與差速器殼體鉚接，再進(jìn)行磨齒加工的工藝。該工藝有兩個(gè)問(wèn)題需要解決：一是由于熱后不進(jìn)行端面內(nèi)孔的硬加工，需嚴(yán)格控制零件的熱處理變形;二是鉚接之后差速器殼體總成部件磨齒的定位裝夾及精度保證。

　　2 工藝試驗(yàn)

　　齒輪熱處理變形控制試驗(yàn)如下。

　　裝爐方式對(duì)熱處理變形的影響：零件平裝入爐和掛裝入爐，如圖2和圖3所示。

圖2 平裝入爐擺放

　　圖3 掛裝入爐擺放

　　熱處理后零件整體變形方式如圖4和圖5所示。

　　圖4 平面度變化形式

　　圖 5 內(nèi)孔圓度變化形式

　　熱后齒輪精度的變化如圖6、圖7所示。

圖 6 平裝入爐齒輪精度的變化　　

圖 7 掛裝入爐的齒輪精度變化　

圖 7 掛裝入爐的齒輪精度變化(續(xù))

　　可見(jiàn)，掛裝入爐方式與平裝相比，零件平面度得到了極大的改善，齒輪熱后的Fp項(xiàng)指標(biāo)也明顯改善，這有利于磨齒余量最小化，并保證磨齒后淬硬層深均勻;考慮兩種不同裝爐方式的平面度與內(nèi)孔圓度保證差異，以及實(shí)現(xiàn)熱后定位表面不加工直接裝配工藝的實(shí)現(xiàn)和最終齒面磨削制造性優(yōu)化，我們選擇掛裝的方式入爐;鑒于內(nèi)孔圓度對(duì)于齒輪與差速器殼裝配過(guò)程控制的影響，實(shí)際生產(chǎn)改善了掛具的支撐位置，最終量產(chǎn)控制在熱后內(nèi)孔圓度不大于0. 06mm。

　　淬火壓力確定：淬火壓力決定齒輪零件熱處理之后的內(nèi)在質(zhì)量保證，淬火壓力越大，心部硬度越高，但熱處理變形會(huì)越大，通過(guò)試驗(yàn)確定能夠保證心部硬度的最低淬火壓力，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

　　表1不同熱處理參數(shù)的內(nèi)在質(zhì)量保證

　　可見(jiàn)，對(duì)于試驗(yàn)零件材料(20MnCr5H，淬透性HRC30+4), 滿足設(shè)計(jì)內(nèi)在質(zhì)量的淬火壓力應(yīng)不小于19bar (1bar = 105Pa)。

　　淬火溫度對(duì)于熱處理變形的影響：為了降低熱處理變形，探索不同淬火溫度的影響。熱處理參數(shù)是：掛裝，真空滲碳+氣體淬火，19bar淬火壓力;淬火溫度分別取890℃和840℃。試驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。

　　圖8 不同保溫溫度的齒輪熱處理變化

　　可見(jiàn)，形位公差方面除內(nèi)孔圓度外，其他項(xiàng)890℃均好于840℃，且內(nèi)孔圓度兩種溫度相差很小;尺寸熱后縮小方面：內(nèi)孔直徑變化規(guī)律一致性方面890℃略好于840℃ ，易于熱前補(bǔ)償和熱后直接裝配;齒輪精度f(wàn)pt, Fp和Fr，890℃都好于840℃。

　　熱處理變形控制結(jié)論：通過(guò)試驗(yàn)，試驗(yàn)齒輪最終采用的熱處理控制方式為真空滲碳+氣體淬火，掛裝方式入爐，19bar氣體壓力，淬火溫度890℃。保證內(nèi)在質(zhì)量滲碳層深0. 78mm，心部硬度366 (HV30)，幾何變形齒圈平面度< 0.05mm，內(nèi)孔圓度< 0.06mm，內(nèi)孔尺寸精度公差0.035mm。

　　3 裝配鉚接試驗(yàn)

　　目前采用的裝配鉚接工藝為加熱從動(dòng)齒輪至80℃，熱裝于差速器殼體之上，再以鉚釘壓鉚連接。

　　由于鉚前內(nèi)孔未經(jīng)加工，故裝配鉚接會(huì)對(duì)從動(dòng)齒輪整體圓度有一個(gè)校正作用，經(jīng)檢測(cè)齒頂圓圓度鉚接后分布在 0. 03mm以內(nèi);而齒輪精度方面，在其他精度項(xiàng)基本不受影響的情況下，由于整體圓度被校正，齒輪徑向跳動(dòng)Fr項(xiàng)會(huì)有比較明顯的改善。

　　圖9 裝配鉚接后齒輪精度變化

　　4 磨齒試驗(yàn)

　　磨齒夾具：量產(chǎn)采用蝸桿磨齒，工件立裝，加工節(jié)拍快，切削力大，夾具的設(shè)計(jì)除了考慮定位精度的保證外，還需要保證加工過(guò)程的工藝系統(tǒng)剛性，試驗(yàn)夾具如圖10所示，采用軸承頸定位，夾緊漲套自動(dòng)定心驅(qū)動(dòng)，輔助支撐夾具支撐差殼端面，尾座上頂尖夾緊。

　　圖 10 蝸桿磨齒夾具

　　磨齒試驗(yàn)：磨齒后對(duì)齒輪精度進(jìn)行檢測(cè)，得到的精度檢測(cè)報(bào)告如圖11所示。

　　圖 11 蝸桿磨齒精度檢測(cè)報(bào)告

　　磨齒調(diào)試穩(wěn)定后，連續(xù)抽取5件進(jìn)行磨齒精度檢測(cè)，關(guān)鍵精度項(xiàng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖12所示。

　　圖12 磨齒精度統(tǒng)計(jì)

　　可見(jiàn)，優(yōu)化后的工藝方案量產(chǎn)應(yīng)用后能夠滿足齒輪的工作精度要求。

　　5 結(jié)論

　　本文對(duì)主減速?gòu)膭?dòng)齒輪的制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。確定了掛裝的熱處理裝爐方式并優(yōu)化了掛具結(jié)構(gòu);驗(yàn)證了熱后定位面不加工直接與差速器殼體裝配鉚接整體磨齒工藝的可行性，實(shí)現(xiàn)了工作精度和生產(chǎn)效率的提升以及制造成本的降低;確定了適用于批量生產(chǎn)的工序控制指標(biāo)。