专科指导书-齿轮部分-金元作

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2.3齿轮加工工艺一、齿轮的功用、结构特点及工作条件齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。在汽车变速箱总成中，齿轮的使用寿命和噪声是衡量产品质量的关键项目。齿轮精度指标主要表现为运动精度、工作的平稳性、接触精度和齿侧间隙四个方面。本节主要研究LF065带同步器变速箱总成中第四速齿轮的加工工艺。第四速齿轮是将由发动机传递过来的动力通过输人轴齿轮→减速齿轮→中间轴→中间轴第四速主动齿轮→输出轴第四速齿轮，将运动和动力由离合器传递给汽车的传动轴，从而实现按规定的速比传递运动和动力，实现有级变速，改变汽车的运行速度。汽车行驶时，齿轮始终在重载荷、高速转动中工作。在改换挡位时，还承受冲击载荷，所以要求其具有较高的耐磨性和抗冲击性、传动平稳、低噪声。图3.2.9所示为第四速齿轮的零件图，表3.2.3为其参数与精度要求。二、第四速齿轮的毛坯材料及制造方法汽车变速箱齿轮的寿命是一个非常重要的指标。一般要求其疲劳寿命为30万km，这就要求具有较高的齿面硬度和心部具有良好的韧性，以提高耐磨性和抗冲击性能。通常，高转速、重载荷条件下工作的齿轮，一般选用低碳钢和低碳合金结构钢材料，经渗碳淬火处理。第四速齿轮选用20CrMnTi材料制造。其毛坯是根据机械加工中以齿坯大齿圈端面定位，外圆自定心夹具夹紧的特殊要求，锻成带有3°～5°锥角的外轮廓形状的模锻件。图3.2.24为第四速齿轮的毛坯图。钢经模锻后，可得到较好的纤维组织，提高了毛坯强度和材料利用率。模锻后，经正火、喷丸处理，可使金相组织均匀，从而能消除锻造应力，提高其切削性能。 三、第四速齿枪主要加工表面及技术要求齿轮加工分为齿坯和齿轮轮齿加工。齿坯的加工部位有轮缘、轮幅、轮毂和内孔。齿坯的加工精度对齿轮的加工、检验和装配精度影响很大，所以其加工精度应满足GB10095—88的要求。齿轮轮齿的加工部位有齿形及倒角，同时还要进行热处理，以提高承载能力和使用寿命。热处理后还要进行内孔、内孔端面的磨削加工和齿形的精整加工。第四速齿轮的主要技术条件和要求为:①未注明倒角1x45°。②加工D面油槽产生的毛刺，夹角平滑。③A齿齿面上加工成鼓形，必须修整鼓形量5～20mm。 ④强力喷丸处理(磨齿后)。⑤热处理:渗碳淬火表面硬度650～800HV;以A齿根部为准，渗碳层深度为0.4～1.0mm;心部硬度513HV⑥表面电镀磷化处理。四、第四速齿轮机械加工工艺过程第四速齿轮的机械加工分为齿坯加工、热处理前齿轮轮齿加工和热处理后精加工三个阶段。其加工路线为:齿坯加工(粗车、半精车、精车)→齿形加工(滚齿、插齿、齿端倒角、剃齿)→热处理→内孔加工(磨内齿及端面)→齿形精整加工(磨削齿形)→强力喷丸→磷化处理。 第1～4工序简图中:0表示刀尖起始原点;…→表示刀尖快进快退路线;→表示刀尖工进路线。五、第四速齿轮加工工艺过程分析及典型夹具1.定位基准的选择。齿轮粗加工选择轮缘的一个端面定位，齿圈的外圆定位夹紧。由于齿圈外圆锻造毛坯有3°的拔模斜度，用外圆定位夹紧时，可使轮缘端面紧靠在定位元件上。用数控车床车削齿轮外圆的一半、轮缘端面、内孔和内孔端面，然后调头装夹，用已加工过的表面定位和夹紧，车削另一半齿轮外圆、轮缘端面、内孔和内孔端面。一次装夹，完成端面和孔的加工，保证了孔和端面的尺寸公差与形位公差的要求。在热处理前.齿轮轮齿的加工采用齿轮内孔和轮缘端面作为精基准。这不仅使定位稳定可靠，夹具结构简单，而且还使轮齿加工的各工序基准重合。热处理后，磨内孔和内孔端面时，以齿轮分度圆定位并夹紧。2.关键工序及典型夹具。各关键工序及典型夹具如下:①齿坯的精车外圆、端面、内孔:定位基准为齿轮轮缘端面、齿圈外径径向定位并夹紧。夹具为液压自定心式夹盘。可用机床自身刀具对夹具定位端面和卡爪(软爪)进行修复，以提高夹具精度。一次装夹完成内孔和端面的加工，保证了孔和端面的形位公差的要求。采用日产LB-15T数控车床加工。以夹具定位支承面和主轴回转中心交点作为编程原点，使测量基准与定位基准重合。刀具为硬质合金机械夹固式车刀，刀片为不重磨合金刀片。刀片更换方便，尺寸调整容易;刀片具有断屑槽，提高了切削性能。主要切削参数;切削速度v=150～180m/min，走刀量f=0.3～0.4mm/r。该设备具有恒速切削性能。②齿轮轮齿的滚齿加工:滚齿是齿圈加工中应用较为广泛的一种切齿方法，也是精加工齿圈的基础。滚齿时的切削效率，是衡量滚切工艺水平的一个重要指标，切削时间的计算公式为Z——齿轮齿数。由此可以看出，增加分母的各参数值，可减少时间T机,，提高滚切效率。 加工齿圈的设备采用YBA3132高效滚齿机，它除具有普通滚齿机的特点外，还装有自动窜刀机构、刀架托板和立柱自动液压锁紧机构，工作台采用双头蜗轮副传动机构，适应多头滚刀及强力切削的需要。主要切削参数:切削速度v=55m/min，走刀量f=1.2mm/r,k=3，切削转速n=160r/min,T机=4.6min。滚刀采用TiN涂层，可提高其使用寿命近一倍。图3.2.22为滚齿夹具结构简图。③热处理后内孔和内孔端面的磨削加工:热处理后内孔和内孔端面的磨削加工采用日产T-1152内孔端面磨床。加工内孔和端面的两片砂轮组装在一根轴上，机床备有砂轮自动修整装置，既节省时间，又可提高加工精度。机床采用PC机控制，由步进马达控制端面的抽向尺寸，并配有电感应控制器、砂轮自动补偿机构、量规片自动测量、计数时间控制器、自动报警和砂轮空行程消除器等附件，使加工效率提高2～3倍，精度提高1～1.2级。图3.2.23所示为内孔加工过程的动作循环。砂轮快速接近工件，接触工件的瞬时，电流增大，将信号反馈给工进控制装置，发出砂轮工进信号，砂轮立即做工进运动。当磨削余量还有0.O15mm时，砂轮停止工进，在时间继电器的控制下，做8s的光整磨削后，砂轮快速退至修整位置，金刚笔自动精修砂轮。砂轮再次快速接近工件。同时，量规片也开始接触工件。砂轮接触工件的瞬时，电流增大，信号反馈给工进控制装置，立即发出砂轮工进信号，磨削0.015mm后，砂轮在时间继电器的控制下做光整磨削运动，消除弹性变形影响。量规片一旦进人工件内孔(弹簧作用)，与量规片连在一起的触点接近无触点开关，发出砂轮退回信号，内孔加工完毕。整个过程全部是自动完成，只需40～50s。 图3.2.24为内孔加工的夹具图。该夹具为弹性薄膜涨力专用夹具。推杆在油缸的作用下，使薄膜体发生弹性变形(张开)，定位夹紧销与工件托开。装卸工件。推杆一旦脱离薄膜体，弹性变形恢复，带动定位夹紧销夹紧工件。三个定位夹紧销分别作用在齿轮的分度圆上。夹具还有三个弹性压爪，分别作用在齿圈端面上，使工件定位端面紧紧贴靠在夹具定位支承面上。三个弹性压爪在一导向机构的作用下，可做90°的旋转，使装卸工件方便，全部动作自动完成。采用分度圆定位，可使后序磨齿余量均匀。六、第四速齿轮加工精度的检验及检具 在齿轮加工过程中，要进行齿坯加工后的检验、热处理前齿轮轮齿的检验和最终检验。齿坯加工后的检验能保证热处理前轮齿的加工精度;热处理前齿轮轮齿检验是工序加工质量检验;最终检验是产品的合格检验。1.齿坯的检验。齿坯的检验可对以下部位检验:①齿圈外径与齿圈厚度的检验:齿圈外径与齿圈厚度的公差带较宽，主要采用专用卡规进行检验。检验频率为25％。②内孔尺寸的检验:内孔尺寸的检验采用分辨率为2～5µm的流速式水柱气动量仪。这种方法数值显示直观，可进行动态检测，便于调整加工尺寸。检验频率为100％。③端面对内孔圆跳动的检验:如图3.2.25所示，将工件轻轻装人带有l:3000锥度的检验心轴上，用顶尖将心轴顶起。工件旋转一周，百分表的最大值与最小值之差即为圆跳动误差。检验频率为5%。④工序尺寸mm和