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专科指导书-齿轮部分-金元作

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1 x 45°。
② 加工D面油槽产生的毛刺，夹角平滑。
③ A齿齿面上加工成鼓形，必须修整鼓形量5～20 mm。
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513HV
⑥ 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=150～180 m/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.O15 mm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2～5 µm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