以內孔為花鍵孔、非對稱結構的異形齒輪件為研究對象，通過變形分析，設計熱處理補償套、花鍵心軸，優(yōu)化了熱后加工工藝，完成了異形內花鍵齒輪件磨齒試驗加工，滿足了產品圖紙的設計要求。同時，探索了一種新的工藝加工方法，達到成本最優(yōu)的目的。

　　汽車、拖拉機等機械設備，在其變速箱傳動系中，齒輪件必不可少，其承擔著將一根軸的轉動傳遞給另一根軸，起著傳遞運動和動力的作用。齒輪精度的高低直接影響齒輪的傳遞性能，不但會產生噪聲，嚴重的會造成打齒。對于齒部精度要求高的，齒形就需要高精度的加工方法，如采用磨齒等方式實現。一般齒輪與軸有三種連接方式，分別是光孔連接、花鍵孔連接和鍵連接。光孔零件由于磨齒前基準經過精加工，正常磨齒是不存在問題的。對于花鍵孔零件采用熱后磨齒，由于內花鍵采用熱前加工，經過熱處理后造成內花鍵變形，花鍵孔定位時，會造成齒部的精度難以保證。為了保證零件的精度，滿足產品的設計精度要求，我們重新對花鍵孔零件，特別是非對稱結構的異形齒輪件的加工工藝進行分析及研究討論，通過試制試驗，找出了一種保證該類型零件精度的加工工藝方法，滿足了產品精度要求。

　　一、零件工藝方案對比

　　零件結構：齒輪結構有對稱結構、非對稱結構。非對稱結構有左右凸出不等、左右內凹究對象。該類型零件具有熱處理變形大，熱后工藝保證能力差等特點。典型零件結構如圖 1 所示。

　　零件材料及技術要求：齒輪材料為低碳合金鋼 20CrMnTi; 毛坯正火處理，正火硬度 170 ～ 200 HB; 整體進行滲碳淬火，齒面硬化層有效深度 0.55 ～0.85，齒面硬度 58 ～64 HRC，單件硬度差值不大于 3 HRC，心部硬度 31 ～ 44 HRC;零件表面無毛刺;齒部精度等級為 877HK GB /T 10095-88。

　　原工藝方案及加工結果

　　原工藝方案：零件齒部精度為 7 級，按現有工藝條件，齒形加工方案為滾齒-磨齒。

　　加工工藝路線為: 粗車—精車—拉花鍵—精修端面—滾齒—熱處理—磨齒—成品檢驗。

　　加工結果檢測數據：按此方案經過加工檢驗，檢驗數據如圖 2 所示。

　　檢測結果顯示，齒向亂齒嚴重，不能滿足產品精度要求。

　　數據分析：磨齒采用內花鍵小徑及端面作為定位基準，而經過熱處理后內花鍵發(fā)生了變形( 錐度及橢圓) ，端面跳動熱后也發(fā)生了改變，作為定位基準的定位精度不能滿足磨齒精度的需要，檢驗采用內花鍵小徑作為基準進行檢驗，造成磨齒后成品檢驗數據不合格，由此造成了很大的經濟損失。

　　試驗工藝方案

　　方案分析：我們采用倒推工藝即逆工藝的方法進行分析，得出工藝改進方案。

　　要保證零件的磨齒精度，首先必須保證零件的基準精度; 磨齒的基準為內花鍵小徑及端面，我們可通過內圓磨床進行磨花鍵小徑及端面實現提升基準精度的目的; 磨花鍵小徑及端面的基準為外圓及端 面，因前面工序經過拉花鍵、滾齒及熱處理，外圓精度也不足，如果直接采用熱后未加工的外圓進行磨孔加工，會造成內花鍵節(jié)圓偏離，造成真正的裝配徑跳誤差，由此，需對外圓作為基準進行磨削加工。因內花鍵小徑的錐度變形，我們不能以小徑作為基準去磨外圓，可采用花鍵鍵側定位制做花鍵心軸進行磨外圓，這樣加工既可靠，也符合裝配要求。

　　方案改進：根據以上分析，我們確定了以下工藝方案: 粗車—精車—拉花鍵—滾齒—熱處理—磨外圓靠端面—磨內孔靠端面—磨齒—成品檢驗。

　　工藝試驗：

　　熱處理工藝試驗：為了盡可能減小內花鍵的熱處理變形，我們對該零件在熱處理時增加了補償套，如圖 3 所示。

　　通過增加熱處理補償套，內花鍵的變形大幅降低，內花鍵 M 值錐度由 0.1 以上控制在 0.03 以內，不僅提高了內花鍵品質，由此提高零件熱后加工及裝配的可靠性。

　　設計加工用花鍵心軸：為了能夠采用鍵側定心磨外圓，我們設計了花鍵心軸，如圖 4 所示。

　　采用花鍵心軸定心磨外圓，花鍵定位可靠，也符合基準統(tǒng)一原則。

　　磨齒工藝試驗：齒輪經過熱后磨外圓、磨小徑及端面后，采用磨過的內花鍵小徑及端面進行磨齒。磨齒后檢測結果如圖 5 所示。

　　二、其他磨齒工藝方案探索

　　磨齒基準采用端面及內孔定位：當磨齒采用端面及內花鍵定位時，端面的精度對磨齒質量影響較大，若有合適的設備資源，可在熱處理后采用內花鍵鍵側定位串心軸精( 車或磨) 修定位端面，這樣熱后工藝方案可采用: 熱處理—精修端面—磨齒—成品檢驗。采用該方案加工效率高，成本低，但前提是內花鍵變形要小，變形量以控制在 0.02 以內為宜。

　　若磨齒僅采用內花鍵定位：當磨齒僅僅采用內花鍵定位時，如果內花鍵及端面精度熱處理后變形能夠控制，則熱后工藝方案可采用: 熱處理—磨齒—成品檢驗。采用該方案的加工成本達到最低。

　　三、結論

　　(1) 對于異形內花鍵齒輪件的磨齒精度控制，以現有條件，采用熱后以內花鍵鍵側定心磨外圓，再以外圓定位磨內花鍵小徑，可滿足磨齒的基準精度要求，是保證磨齒質量的一種可靠性工藝。

　　(2) 異形內花鍵齒輪件在熱處理過程中，增加合理的補償套，可大幅度減小內花鍵的熱處理變形，提高內花鍵精度及裝配的可靠性。

　　(3) 要保證齒輪件磨齒質量，必須保證其加工定位基準的精度，定位基準的精度必須與零件的加工精度相匹配。

　　(4) 只有在材料能夠控制、零件結構非異形、熱處理變形可控、資源具備等條件下，磨齒工藝方案能夠達到最優(yōu)、成本最低的目的。