淺析同步器齒套的加工工藝流程

趙立強(qiáng)

（唐山眾騰測(cè)控技術(shù)有限公司 河北唐山 063020）

1 前言

同步器的齒套是保證變速箱更換檔位時(shí)，傳輸扭矩并變換轉(zhuǎn)速的重要部件。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)量與日俱增。因此相配套的汽車零部件就需要大批量的生產(chǎn)。對(duì)于齒套的大批量生產(chǎn)，要有嚴(yán)格并行之有效方法來(lái)滿足需求，并且對(duì)齒套的加工質(zhì)量、加工效率和加工難度等因素都要給與考慮。這就需要一套完善的工藝作為生產(chǎn)的指導(dǎo)，從而來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率。

2 齒套的機(jī)械加工工藝過程

圖1 齒套

機(jī)械加工工藝的定義就是用機(jī)械加工的方法直接改變毛坯形狀、尺寸和機(jī)械性能等，使之變?yōu)楹细窳慵倪^程，也叫工藝路線或工藝流程。

制定齒套工藝要考慮齒套本身的結(jié)構(gòu)、工廠的設(shè)備狀況和產(chǎn)量需求的情況等多方面因素。從圖（1）中可以看出，齒套的特點(diǎn)是壁薄，容易變形，且端面面積小，內(nèi)孔直徑大。因此在設(shè)計(jì)工藝時(shí)，要根據(jù)它的特點(diǎn)，制定出合理的定位面、夾緊面、加工方法和加工順序。以下是結(jié)合我公司的實(shí)際情況以及大批量生產(chǎn)的需求，制定的生產(chǎn)流程：

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2.1 鍛造毛坯

齒套的批量鍛造要采用模鍛制造。鍛造后的主要質(zhì)量問題有：毛邊大、毛坯缺肉和加工余量不足等缺陷。對(duì)于鍛造毛坯，加工余量越小越好，但是鍛造過程中容易造成加工余量不足的缺陷。模鍛原料在用量上也要有一個(gè)合理的范圍，太小容易造成毛坯缺肉，太大會(huì)形成毛邊，所以對(duì)原料用量要有一個(gè)上限和下限的控制。

2.2 熱處理正火

正火的目的就是去除齒套鍛坯的內(nèi)應(yīng)力并降低材料的硬度，總之就是為了提高可加工性能，可以起到為后面工序的生產(chǎn)加工提高效率，降低成本的作用。

2.3 粗車加工

粗車使用毛坯的A端面作為軸向定位面，以外圓徑向定位并夾緊，車削出齒套的B端面和外圓的一半。然后以B端面作為軸向定位面，以加工過的外圓徑向定位并夾緊，車削A端面和外圓的另一半并粗車出內(nèi)孔。粗車的目的就是加工出齒套的整體外形尺寸，并為需要精車的加工面留出±0.3 mm到±0.5 mm的加工余量。此時(shí)注意不能卸下工件，要用精加工的方法再次車削A端面和齒套內(nèi)孔，內(nèi)孔的尺寸為花鍵小徑的尺寸，同還要加上熱后的變形漲量，一般為0.02 mm左右，變形漲量通過熱前熱后跟蹤實(shí)驗(yàn)所得。

2.4 精車加工

用加工好的A端面緊貼定位盤作為軸向定位，用漲套漲緊內(nèi)孔作為徑向定位同時(shí)夾緊工件，加工出齒套的B端面和外圓尺寸，此處加工的齒套寬度和外圓尺寸都要減去熱后的變形漲量。因后面工序的拉內(nèi)花鍵和擠倒錐受力較大，所以這道工序暫時(shí)不加工撥叉槽。

2.5 一拉內(nèi)花鍵

內(nèi)花鍵大徑同后續(xù)工序的各個(gè)尺寸都有關(guān)聯(lián)，可以作為后續(xù)工序加工的定位面，因此精車完畢后要先拉內(nèi)花鍵。拉內(nèi)花鍵要使用專用花鍵拉刀拉出齒套內(nèi)花鍵的大徑、齒形和齒向。首先將齒套的 A端面作為軸向定位面放在定位盤上，然后將齒套外圓緊靠在推料架的V型塊上，實(shí)現(xiàn)徑向的初定位，精確定位是靠拉削時(shí)拉刀前導(dǎo)與齒套內(nèi)孔配合的拉刀自定位。因是自定位，并且內(nèi)花鍵是通過成形拉刀拉削成形的，所以這道工序加工后的質(zhì)量穩(wěn)定性很好。工件的夾緊是拉刀拉削工件時(shí)拉力使工件緊貼定位盤實(shí)現(xiàn)的。

2.6 擠倒錐

擠倒錐的工序是將齒套內(nèi)花鍵兩端或一端通過滾軋的方式擠壓成倒錐的過程。它使用齒輪式滾軋刀，通過與齒套內(nèi)花鍵嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，將倒錐擠壓成形的。因此，在內(nèi)花鍵小徑方向上會(huì)被擠出毛刺，所以就要增加去除毛刺的工序。齒套A端面可作為擠倒錐的軸向定位面。齒套外圓與模具的胎孔配合作為徑向定位，通過上模壓下齒套B端面來(lái)夾緊工件。本道工序加工出的尺寸有倒錐角度、成形角度、倒錐尺寸、平臺(tái)尺寸和擠錐深度等，如圖（2）所示。

圖2 倒錐形狀

2.7 二拉內(nèi)花鍵

二次拉削內(nèi)花鍵的目的就是為了去除擠倒錐時(shí)留下來(lái)的毛刺。二拉的夾具除了軸向定位的定位盤外，還要使用定位套給齒套在圓周方向上的初步定位，基本保證齒套的內(nèi)花鍵與拉刀的外花鍵齒刃在圓周方向上成相嚙合狀態(tài)，精確定位還是通過拉刀導(dǎo)向部分給定的。也是通過拉刀拉削工件的拉力使工件緊貼定位盤實(shí)現(xiàn)工件夾緊的。

2.8 內(nèi)齒倒角

齒套內(nèi)花鍵一端或兩端的每個(gè)齒需要被加工成尖角，尖角角度一般被設(shè)計(jì)成 100°~120°，作用是使齒套更容易滑到結(jié)合齒上并與之相嚙合。內(nèi)齒采用倒角齒套A端面或B端面緊貼定位盤來(lái)軸向定位，漲套漲緊齒套的內(nèi)花鍵大徑來(lái)徑向定位同時(shí)夾緊工件。本道工序應(yīng)加工出符合圖紙要求的尺寸，如兩倒角夾角、棱線角度、棱線長(zhǎng)度和a、b差值（見圖（3）所示）。

圖3 內(nèi)齒倒角

2.9 熱前車撥叉槽

熱前車撥叉槽是為熱處理之后車撥叉槽的最終成形減少加工量。因要防止熱處理之后產(chǎn)生的變形會(huì)造成尺寸誤差，所以要留出熱后車撥叉槽單面加工余量0.15~0.2 mm，且加工精度不用太高。車撥叉槽同內(nèi)齒倒角的定位和夾緊方式是一樣的。

2.10 銑內(nèi)三槽

所謂的內(nèi)三槽就是齒套的滑塊槽，共三個(gè)均布在內(nèi)花鍵上，這三個(gè)槽使用銑槽專機(jī)加工，銑槽夾具是內(nèi)漲式的，銑內(nèi)三槽同內(nèi)齒倒角的定位和夾緊方式也是一樣的?；瑝K槽的槽形是靠銑刀外形保證的，槽的軸向位置是靠齒套端面定位保證的。因三個(gè)槽的槽深跳動(dòng)不能大于 0.04，所以徑向定位也采用內(nèi)花鍵大徑定位。本道工序要加工出滿足圖紙要求的滑塊槽的槽寬、槽深、角度和滑塊槽中心位置。

2.11 熱處理

齒套的材質(zhì)采用20CrMnTi，表面要達(dá)到HRC 58~64的硬度和良好的強(qiáng)度就需要碳氮共滲處理，碳氮共滲的層深應(yīng)該在0.4~0.7 mm。碳氮共滲之后要進(jìn)行低溫回火處理。熱處理最大的問題就是熱后變形，因此特別重要的尺寸要熱后加工，比如車撥叉槽。有的比較重要的尺寸要加上或減去變形量并在熱處理之前就加工出來(lái)，比如精車外圓和內(nèi)孔。另外，因齒套壁薄，極易造成齒套變扁的情況，如果嚴(yán)重，還應(yīng)該對(duì)齒套進(jìn)行校圓處理。熱處理后需要檢測(cè)的項(xiàng)目有硬度、層深以及金相組織。

2.12 熱后車撥叉槽

因考慮到熱后變形，且齒套撥叉槽尺寸和表面粗糙度的要求高，所以要進(jìn)行熱后車撥叉槽，目的是要車出撥叉槽的最終形態(tài)，保圖紙要求。所使用的設(shè)備和夾具以及定位和夾緊方式同熱前車撥叉槽是一樣的。不同的是車刀要用超硬的碳化硼刀頭或涂層刀頭。本道工序要完成撥叉槽的最終輪廓，可通過檢測(cè)槽寬，槽深和槽的軸向位置，以及槽底的徑向跳動(dòng)和槽壁的端面跳動(dòng)來(lái)檢驗(yàn)加工的質(zhì)量。

2.13 激光打標(biāo)、成品檢驗(yàn)、清洗、包裝

在齒套端面處用激光打標(biāo)機(jī)打印公司規(guī)定的標(biāo)記。批量生產(chǎn)要對(duì)最終的產(chǎn)品進(jìn)行抽檢，每個(gè)批次抽檢5件，新產(chǎn)品要對(duì)所有公差尺寸都要進(jìn)行檢測(cè)，老產(chǎn)品可根據(jù)實(shí)際加工情況增減檢測(cè)項(xiàng)和檢測(cè)頻次。檢測(cè)合格后，對(duì)工件進(jìn)行清洗，然后按公司規(guī)定的包裝方案包裝，使之成為最終產(chǎn)品發(fā)送給客戶。

3 總結(jié)

由上述可知，在設(shè)計(jì)每道工序時(shí)，為了保證每道工序的跳動(dòng)公差，應(yīng)盡可能的使用同一定位面，以防止在加工時(shí)累積不同定位面之間的誤差。還要考慮怎樣降低后續(xù)工序的加工難度和怎樣確保最終尺寸符合要求。因此要提高每道工序的生產(chǎn)質(zhì)量和加工效率就要選定合理的定位面和夾緊面，以及有效的加工方法和合理的工序排列。總之，優(yōu)秀的工藝是生產(chǎn)最基本的依據(jù)，它不僅可以使質(zhì)量提升、生產(chǎn)效率提高，還能夠降低成本和損耗。