齒輪端面倒棱切削去毛工藝開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

曹進(jìn)琪，史鵬飛

(上海汽車(chē)變速器有限公司，上海 201800)

齒輪端面倒棱切削去毛工藝開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

曹進(jìn)琪，史鵬飛

(上海汽車(chē)變速器有限公司，上海 201800)

主要介紹了齒輪倒棱的作用，齒輪端面作為定位面時(shí)的常規(guī)工藝。同時(shí)介紹了新的齒輪端面倒棱后的特殊切削去毛技術(shù)，并對(duì)相關(guān)工藝的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用前景作了一定的探討。

齒輪；倒棱；切削去毛技術(shù)

0 引言

隨著汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和使用要求的提高，汽車(chē)齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、低噪聲及長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，從而對(duì)齒輪的加工工藝提出了更高要求。對(duì)齒輪輪齒進(jìn)行倒棱是控制齒輪噪聲一個(gè)十分重要的工藝措施，已引起國(guó)內(nèi)外齒輪加工制造行業(yè)普遍的關(guān)注和重視[1]。齒輪倒棱部位一般有3個(gè)：(1)端面倒棱，通常是在車(chē)制齒坯時(shí)加工出來(lái)；(2)齒頂?shù)估?，一般在滾齒或插齒時(shí)加工出來(lái)；(3)齒廓倒棱，一般用砂輪磨出或在熱處理前用倒棱刀采用擠壓的方式進(jìn)行加工[2-3]。目前在進(jìn)行汽車(chē)齒輪大批量生產(chǎn)時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，很多都是采用擠棱的方式來(lái)進(jìn)行倒棱，采用該種方式倒棱后齒輪端面有凸起翻邊，需要再對(duì)端面進(jìn)行刮毛。

1 齒輪端面做定位面時(shí)的常規(guī)工藝流程

目前變速箱齒輪中結(jié)合齒與齒輪焊接的工藝運(yùn)用較多，為確保壓配、焊接及熱處理后成品齒輪及結(jié)合齒精度，必須確保齒輪上壓配結(jié)合齒的端面不能有翻邊毛刺。故產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)， 一般都在齒輪上加一個(gè)小臺(tái)階，以便結(jié)合齒定位，如圖1所示常規(guī)主動(dòng)齒總成結(jié)構(gòu)中的圓圈所指臺(tái)階，這樣齒輪倒棱后的翻邊毛刺對(duì)結(jié)合齒壓配不會(huì)有影響。而有些零部件，由于結(jié)構(gòu)限制，結(jié)合齒需直接壓在齒輪端面上，如圖2所示。

圖1 常規(guī)主動(dòng)齒總成結(jié)構(gòu)

圖2 直接用齒輪端面定位的總成結(jié)構(gòu)

常規(guī)齒輪及總成熱前加工工藝：精車(chē)內(nèi)孔及端面→精車(chē)外徑及另一端面→滾齒、倒棱→剃齒→焊接前清洗→壓配結(jié)合齒→焊接，然后進(jìn)行熱處理。而對(duì)于直接用齒輪端面定位的總成，為確保后續(xù)零件加工質(zhì)量，試制時(shí)熱處理前加工工藝制定如下：精車(chē)內(nèi)孔及端面→精車(chē)外徑及另一端面→滾齒、倒棱→磨壓配端面→剃齒→焊接前清洗→壓配結(jié)合齒→焊接，然后再進(jìn)行熱處理。這主要是由于齒輪在滾齒倒棱后，齒輪端面有倒棱后的擠出翻邊，故直接壓結(jié)合齒的話，結(jié)合齒端面跳動(dòng)及徑向跳動(dòng)都很難保證，需增加一道磨壓配端面工藝，以確保后續(xù)零件總成結(jié)合齒相關(guān)精度要求。

2 常規(guī)去毛技術(shù)與切削去毛技術(shù)簡(jiǎn)介

雖然常規(guī)倒棱后有刮毛刀對(duì)齒輪端面進(jìn)行刮毛，如圖3所示，但該刮毛刀沒(méi)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只能貼在零件表面，隨著零件的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)零件端面進(jìn)行刮削，不能有效去除倒棱后的擠出翻邊。如圖4所示，常規(guī)倒棱去毛后零件端面有明顯的擠棱翻邊，該翻邊僅通過(guò)刮毛不能有效去除。

圖3 常規(guī)齒輪倒棱刀及刮毛刀

圖4 常規(guī)倒棱去毛后的零件表面

常規(guī)倒棱去毛后的齒輪端面，如果需要直接作為定位面，為保證后續(xù)壓配、焊接等工序的精度，需要增加一道磨端面的工序。針對(duì)該問(wèn)題，Gleason滾齒倒棱機(jī)給出了一個(gè)比較好的解決方案，即對(duì)原先的刮毛機(jī)構(gòu)及刮毛刀進(jìn)行改進(jìn)，如圖5所示：為刮毛機(jī)構(gòu)新增了兩根軸，分別為C6和C7軸，負(fù)責(zé)刮毛刀的軸向和徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刮毛刀也從單片式改成有一棱-棱切削刃的刀片。這樣去毛刀可以對(duì)齒輪端面產(chǎn)生真正的切削。圖6所示為特殊切削去毛后的齒輪端面，可以看出，齒輪擠棱后的翻邊已被完全去除。

圖5 特殊切削倒棱機(jī)構(gòu)及刮毛刀

圖6 切削倒棱去毛后的零件表面

3 切削去毛工藝調(diào)試開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

常規(guī)倒棱后刮毛刀是按齒輪齒寬來(lái)調(diào)整刮毛刀兩邊之間的距離，一般會(huì)比齒寬小0.1 mm左右。切削去毛機(jī)構(gòu)，是靠調(diào)整去毛刀的軸向及徑向運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)調(diào)整刮毛的效果。去毛刀的軸向運(yùn)動(dòng)可以調(diào)整是加工齒輪上端面或下端面，同時(shí)還可以調(diào)節(jié)去毛量的大??；徑向運(yùn)動(dòng)可以調(diào)整去毛刀離齒根圓的距離，一般去毛刀都會(huì)加工到齒根圓以下，以實(shí)現(xiàn)齒輪端面毛刺的全部去除。

此次工藝調(diào)試采用的滾齒倒棱設(shè)備是Gleason 130Hic，它專(zhuān)門(mén)配備有上述特殊倒棱機(jī)刮毛機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是Gleason在國(guó)內(nèi)首次使用，某廠之前也從未有相關(guān)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，故該工藝開(kāi)發(fā)基本沒(méi)有現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)可借鑒。

在新的倒棱去毛工藝卡里，新增了對(duì)齒寬的要求，通過(guò)精車(chē)及倒棱去毛的相關(guān)尺寸要求，確保只要倒棱去毛后齒寬達(dá)到工藝要求，端面切削余量即可保證，這樣加工后齒輪端面就不會(huì)有毛刺翻邊。同時(shí)，倒棱工藝中還對(duì)端面切削的徑向位置也做了要求，需要至少加工到齒根圓以下。如圖7所示，圖中齒寬尺寸及徑向加工位置要求都是切削倒棱去毛工藝中特有的。

圖7 切削去毛工藝要求

按照上述工藝要求，經(jīng)過(guò)預(yù)驗(yàn)收時(shí)對(duì)各加工參數(shù)的反復(fù)調(diào)整及試驗(yàn)，最終加工出了符合預(yù)期的零件。對(duì)滾齒倒棱后的零件端面進(jìn)行測(cè)量，如圖8所示，齒輪端面有0.05 mm左右的切削量，同時(shí)齒輪端面沒(méi)有任何凸起，這確保了齒輪端面不會(huì)有倒棱的擠出翻邊。后續(xù)用這些零件進(jìn)行壓配焊接，壓配、焊接后分別測(cè)量零件結(jié)合齒端面跳動(dòng)及徑向跳動(dòng)，都能滿足相關(guān)工藝要求。熱處理后再測(cè)量成品，結(jié)合齒端面跳動(dòng)及徑向跳動(dòng)也能滿足產(chǎn)品圖紙的相關(guān)要求。此次新工藝調(diào)試十分成功，目前現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)按該切削去毛工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，反饋良好。

圖8 切削去毛加工后齒輪端面輪廓儀數(shù)據(jù)

4 新工藝成果及展望

此項(xiàng)新工藝實(shí)施，主要是通過(guò)在Gleason滾齒倒棱機(jī)上增加去毛刀的主軸和改進(jìn)去毛刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。去毛刀主軸由伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，相關(guān)設(shè)備比傳統(tǒng)設(shè)備價(jià)格約高40萬(wàn)元，但是后續(xù)磨齒輪端面的磨床可以省掉，目前一臺(tái)普通的國(guó)內(nèi)磨床價(jià)格預(yù)計(jì)也要50萬(wàn)，故新設(shè)備成本增加基本可以忽略不計(jì)。此項(xiàng)新工藝的實(shí)施，主要可以節(jié)約原來(lái)磨端面的加工成本，目前該廠磨端面的加工成本約要0.9元/件，按批量生產(chǎn)30萬(wàn)套/年計(jì)算，每年節(jié)約的加工成本就可以達(dá)到0.9×30=27萬(wàn)元。同時(shí)由于減少了磨床的使用，省略了相關(guān)設(shè)備維護(hù)及保養(yǎng)費(fèi)用，也減少了相關(guān)機(jī)床切削液的使用，對(duì)環(huán)境保護(hù)也有積極作用。

目前熱處理后齒輪端面如是需要直接作為壓配的定位面時(shí)，齒輪端面都會(huì)硬車(chē)一刀，該硬車(chē)為斷續(xù)切削，對(duì)硬車(chē)刀片要求很高，極易造成刀片的報(bào)廢。若是運(yùn)用該新倒棱去毛工藝，熱處理前就已完全去除齒輪端面的倒棱擠壓翻邊，熱處理后就可以不需要再增加齒輪端面的硬車(chē)，這樣就可減少硬車(chē)刀片的使用，以節(jié)省加工成本。后續(xù)作者將在類(lèi)似結(jié)構(gòu)的零件上繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

【1】楊鐘勝.齒輪的倒棱技術(shù)[J].汽車(chē)工藝與材料,2009(9)：53-56.

【2】劉曉莉.齒輪倒棱工藝[J].機(jī)械傳動(dòng),2007,31(2)：100-101. LIU X L.Chamfering Process of Gear Tooth Profile[J].Journal of Mechanical Transmission,2007,31(2)：100-101.

【3】唐宇.齒輪形廓磨棱設(shè)備及工藝研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.

Development and Application of Cutting Deburring Process for Gear Chamfering End Face

CAO Jinqi，SHI Pengfei

(Shanghai Automobile Gear Works，Shanghai 201800,China)

The roles of gear chamfering, and the conventional process for gear end face as the positioning surface were introduced. At the same time, the special cutting deburring technology for gear end face which was after chamfering was also introduced. The development and application prospect of related technology were discussed.

Gear; Chamfering；Cutting deburring technology

2016-12-25

曹進(jìn)琪(1981—)，男，碩士研究生，工程師，長(zhǎng)期從事齒輪機(jī)加工工藝方面的研究與應(yīng)用。E-mail：caojinqi@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.010

TH162

B

1674-1986(2017)04-039-03