1.前言

　　通常一臺6DCT約有14個齒軸零部件單元，是雙離合自動變速器基礎傳動元件也是變速箱的核心零部件。齒軸零件的加工質(zhì)量，對變速箱整機的各項指標與性能有很大的影響，特別是變速器振動噪聲、壽命等性能也直接影響整車的駕駛舒適性、平穩(wěn)性及使用壽命。因此開展對齒輪制造技術(shù)的學習與研究，對保證我們在核心零部件上自主研發(fā)，有著非常重要的意義。

　　2. 雙離合自動變速器齒輪的工藝特點

　　2.1 齒輪精度等級高

　　按6DCT的圖紙設計要求，所有齒軸件的圖紙對齒輪的5項精度等級(F_α、F_β、Fp、Fpt和Fr)都規(guī)定在 DIN3961標準的6級，這個等級略高于GB10095.1-2008。

　　2.2 齒面微觀修形

　　所有齒輪都采用了修形要求，而且是驅(qū)動面和非驅(qū)動面采用了修形量不等的非對稱設計，并用K型框圖加以約束(如圖1)。

　　圖1 2檔齒輪驅(qū)動面和非驅(qū)動面的非對稱修形K型框圖

　　這樣的修形設計，對齒面的加工提出了很大的挑戰(zhàn)。

　　2.3 結(jié)合齒環(huán)的熱后焊接

　　由于6DCT的結(jié)構(gòu)設計緊湊，且多檔齒輪的結(jié)合齒環(huán)共用(如下圖2)。

圖2 5檔齒輪合件的結(jié)構(gòu)圖

　　而齒輪的加工精度和齒面的特殊修形則決定了齒形的精加工必須在熱后實施，這就要求對高滲碳齒輪需進行熱處理后焊接。

　　2.4 空套軸齒的內(nèi)外軸承檔+齒輪定位精度的保證

　　圖3 空套軸齒的形位公差要求

　　如上圖3內(nèi)外軸承檔的同軸度φ0.01，兩檔齒輪對A-B基準的分別跳動要求，對我們公司來說常規(guī)的加工工藝難以實現(xiàn)。

　　3. 6DCT齒軸件在加工制造上所采用的新工藝新技術(shù)

　　3.1齒輪熱后高精加工的工藝方案

　　3.11目前行業(yè)內(nèi)采用的三種高端制造工藝

　　成形磨、蝸桿磨和珩磨。

　　成形磨常用于新產(chǎn)品試制和多品種小批量的生產(chǎn);

　　蝸桿磨和珩磨多用于大批量的加工。

　　我公司這三種工藝都具備，所用設備均為進口設備,如

　　成形磨: 德國 KAPP

　　蝸桿磨: 瑞士 Reishauer

　　珩 磨: 瑞士 Fässler。

　　圖4 齒面高精磨削機床

　　磨齒技術(shù)應用,即熱處理后通過蝸桿砂輪對齒面精加工，砂輪的形狀靠金剛修整輪進行修正從而保證齒輪的精度，磨齒技術(shù)與剃齒技術(shù)相比優(yōu)勢如下：

　　(1)磨齒齒面表面粗糙度可以大幅提高，可以達到Ra0.8;

　　(2)磨齒齒輪精度可以大幅提高，可以保證國標6級或以上精度，能夠修正因熱處理變形帶來的精度損失。

　　磨齒可以進行齒面修形，尤其是適合修形量較大的非對稱修形。因為非對稱的修形和較大修形量的修形在傳統(tǒng)的剃齒上難以實現(xiàn)，加之熱處理變形影響，則采用滾、磨工藝是實現(xiàn)特殊修形設計最主要的技術(shù)手段。

　　3.12配對齒輪磨齒、珩齒結(jié)合技術(shù)

　　根據(jù)目前世界頂級乘用車變速器制造廠家經(jīng)驗，尤其是自動變速器，對嚙齒輪采用磨齒、珩齒結(jié)合技術(shù)，即一磨一珩。

　　在6DCT上的實際應用效果表明，該方式可以有效降低齒輪嚙合噪聲。分析其原因，磨齒可以大幅提高齒輪精度，但齒輪表面紋路為絲狀紋，有高低起伏點，如果配對齒輪全用磨齒技術(shù)，高低點會產(chǎn)生激振效應，從而增大振動噪聲;而珩齒表面紋路為細密網(wǎng)狀，高低點小，兩種不同紋理的齒面嚙合不易產(chǎn)生激勵，故這種工藝方式是設計，降噪效果良好。

       3.13“K”型框圖的檢測

　　由于“K”框圖的公差范圍比相 應 的精度等級要求更嚴格，在生產(chǎn)制造中對調(diào)整、加工和檢測帶來很大困難。技術(shù)人 員通過摸索和依據(jù)產(chǎn)品圖紙的K框圖，將相關修形參考點轉(zhuǎn)換成二維坐標輸入齒 輪測量中心，這樣將“K”框圖“嵌”在 齒輪測量中心的計量報告單上(如圖5)， 直觀而定量的約束框圖給生產(chǎn)加工和過 程控制都帶來極大便利。

　　3.2 干式滾倒一體機(粗滾、倒棱、精滾)技術(shù)應用(圖6)

       將滾齒和倒棱修毛刺加工集成在一臺機器上，通過一次裝夾完成滾齒和倒棱修毛刺工序，其與傳統(tǒng)滾齒機相比具有以下優(yōu)勢

　　(1)干式切削，不需要切削油，環(huán)保、經(jīng)濟 ;

　　(2)自動上下料，減少人工干預，產(chǎn)品精度高、質(zhì)量穩(wěn)定;

　　(3)節(jié)拍快，效率高，平均每件產(chǎn)品滾齒節(jié)拍在1分鐘左右;

　　(4)能夠?qū)崿F(xiàn)一次裝夾完成粗滾、倒棱、精滾;

　　(5)傳統(tǒng)的滾齒、倒棱后齒面有翻邊。磨內(nèi)孔的定位基準是齒輪節(jié)圓，如果齒面有翻邊，磨完內(nèi)孔后齒輪精度是有損失的。采用粗滾、倒棱、精滾工藝可以消除齒面翻邊對后道工序的影響。 

　　3.3激光焊接技術(shù)應用

　　激光焊接與電子束焊相比具有以下優(yōu)勢

       (1)激光焊接效率較高，因為與電子束焊相比不需要進行抽真空處理，一般抽真空時間比較長，尤其是電子束焊機老舊后抽真空時間更長

　　(2)因為沒有真空室，可以在焊接工裝上增加壓焊裝置，即在焊接的同時保持齒輪本體與結(jié)合齒環(huán)是加壓狀態(tài)，防止齒環(huán)翹曲變形，有了這個裝置，齒環(huán)端面翹曲和跳動能夠控制在0.05mm以內(nèi)，而常規(guī)電子束焊達0.08-0.20mm，齒環(huán)越薄，變形越明顯。

　　3.4滾齒齒向修形技術(shù)應用(圖8)

　　按照后序加工的需要，制定齒向修形圖，通過程序控制實現(xiàn)滾齒機X軸的曲線運動來達到目的。

　　DCT部分齒輪齒向修形比較大，主動齒面修形量高達0.06mm，且該齒輪的最終加工為強力珩齒，齒厚余量單邊0.05，如果該齒輪滾齒不進行修形，珩齒后就會產(chǎn)生如下幾點問題：

　　(1)滾齒精度要大幅提高，否則將導致齒面余量不夠，部分珩不出來，有黑斑;

　　(2)珩齒后齒面硬化層深不均勻，至少相差0.06mm;

　　(3)在齒寬一側(cè)的齒根產(chǎn)生余量臺階，會產(chǎn)生應力集中，導致齒輪強度下降。

　　在滾齒工序中，通過增加滾齒齒向修形工藝使得上述問題得到圓滿的解決。

　　圖8 帶齒向修形的滾齒加工

　　3.5車磨中心和數(shù)控外圓磨結(jié)合磨削外輸入軸

　　由于空套軸是空心軸，需要磨削三檔外圓、兩檔內(nèi)孔、兩檔端面，且端面和外圓相對于兩內(nèi)孔的跳動要求較高，一般加工工藝無法滿足。

　　通過反復的工藝試驗，我們最終采用車磨中心設備，結(jié)合其車、磨的雙重功能，進行先車加工內(nèi)定位基準，輔助對外軸齒預加工齒頂圓的夾緊，最終磨加工外圓來保證各檔同軸度的精度要求。通過這種工藝的實現(xiàn)，在滿足產(chǎn)品形位精度的同時也避免兩檔齒輪精度的損失。

　　圖9 車磨中心設備

　　3.6定向強力噴丸工藝應用

　　定向強力噴丸，是利用高壓氣體攜帶的鋼丸通過程序控制，定向打擊齒根圓弧和齒面區(qū)域，以使其得到合適的殘余壓應力來提高齒輪的疲勞強度。

　　由于6DCT所有齒輪的齒面最終加工是磨齒和珩齒，在齒面形成的是拉應力，需要對齒面進行強化處理，尤其是常嚙合的齒輪副。

　　我公司所采用的是法國Rosler的數(shù)控強力噴丸機，可以實現(xiàn)對齒面、齒根的定向精準噴丸，且可通過鋼丸流量、氣體壓力對表面壓應力的大小進行調(diào)節(jié)。由于可以實現(xiàn)鋼丸的定向移動打擊，因而在齒面和齒根的鋼丸著點均勻，各處的產(chǎn)生壓應力相對均勻一致，而此項工藝在目前的國產(chǎn)設備上尚不能實現(xiàn)。

　　3.7齒輪軸類花鍵冷軋成形工藝

　　機械制造中用精確成形方法制造零件的工藝，稱少無切屑加工。齒輪花鍵冷軋機是一種無切屑的齒輪加工機床，屬綠色加工技術(shù)，其特點是：綠色加工、齒部強度高、高效、成本低。

　　圖10 無屑加工的齒輪花鍵冷軋機

　　3.8智能化和功能復合型機床的采用

　　智能化是齒輪加工設備提高可靠性、安全性、穩(wěn)定性、復雜零件加工、精密加工和實現(xiàn)無人化生產(chǎn)的基礎。

　　(1)如6DCT項目的盤齒熱前加工線：

　　自動上料→車削→滾齒→倒棱→去毛刺→自動下料;

　　(2)6DCT項目的盤齒熱后采用復合磨機床的加工線：

　　自動上料→磨內(nèi)孔、磨錐面→車端面→磨齒輪→自動下料。

　　4. 高端制造是汽車自動變速器齒輪加工的必然趨勢

　　4.1 高精加工的要求推動傳統(tǒng)工藝的變革

　　傳統(tǒng)的滾+剃制齒工藝，由于對熱處理變形的齒輪精度損失的無解，使得國標7級以上齒輪精度要求難以保證。

　　而隨著磨齒機生產(chǎn)效率的提高、單件齒輪磨齒成本的降低以及汽車齒輪不斷追求提高精度的要求，使得今后的汽車齒輪加工越來越多的采用滾—磨工藝。

　　大量的工藝試驗數(shù)據(jù)表明，齒輪的熱后磨削設備，測M值均達到Cpk≧1.67。

　　4.2制造裝備的智能化加快了產(chǎn)業(yè)工藝水平的升級

　　齒輪加工在機械加工中是一種較復雜的工作模式。

　　齒輪加工中人、機、料、法等各環(huán)節(jié)要實現(xiàn)智能化。工序中有無工件自動識別、裝夾工件是否正確、工件是否已加工過、對齒嚙合、加工余量分配、刀具磨損、在線精密檢測、自動修整砂輪等;加工機床的誤差補償、溫度補償、自動平衡、防撞功能、過載保護等;機器人在機床間搬運工件時的自動識別、遠程控制、遠程診斷等功能等等，都要求將數(shù)字化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡控制技術(shù)更好的結(jié)合在一起，使齒輪加工的智能化水平更高。

　　4.3綠色環(huán)保是制造業(yè)永恒的追求

　　高速干式切削技術(shù)和無屑加工技術(shù)的應用。

　　高速干式切削既可減少冷卻油的消耗和冷卻處理裝備，又可避免對環(huán)境造成污染，還能提高生產(chǎn)效率，降低單件齒輪的制造成本。隨著齒輪加工機床的高速化，機床剛性的提高，良好的抗震性及排屑技術(shù)的完善，以及干式高速切削刀具的進一步發(fā)展，高速干切已在切齒機床上全面實現(xiàn)。

　　而同屬綠色制造技術(shù)的無屑加工，如小模數(shù)花鍵的冷軋和冷搓加工被愈來愈廣泛的運用在各類汽車變速器齒輪的制造中。

　　5. 總結(jié)

　　通過學習國際上齒輪行業(yè)先進的制造理念，結(jié)合我們在6DCT齒軸件開發(fā)中進行大量新工藝的探索和積累的經(jīng)驗，對如何提升齒輪的制造水平，通過在高精度齒輪的加工、齒面微觀修形技術(shù)的應用以及對修形制造技術(shù)的掌握，使得我們在自動變速器的高精齒輪制造能力上得到了很大的提升。