提高雙聯(lián)齒輪熱后磨孔工序加工合格率的攻關(guān)

仵 卉

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)公司，陜西 西安 710077）

提高雙聯(lián)齒輪熱后磨孔工序加工合格率的攻關(guān)

仵 卉

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)公司，陜西 西安 710077）

本文結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，以提高雙聯(lián)齒輪磨孔工序合格率為核心，通過改進(jìn)裝爐方式和磨孔夾緊方式等方法，完成了改進(jìn)目標(biāo)，有效解決了生產(chǎn)難題，也提高了雙聯(lián)齒輪的整體質(zhì)量。

合格率；變形；裝爐方式；裝夾

CLC NO.:TH132Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-90-03

1、背景

雙聯(lián)齒輪是汽車取力器中的重要零件（如圖1），其主要作用是通過與變速器齒輪嚙合來(lái)傳輸力矩。采用雙聯(lián)齒輪的優(yōu)點(diǎn)是：

a、結(jié)構(gòu)緊湊、減少了零件數(shù)量，為取力器總成設(shè)計(jì)節(jié)省了空間；

b、零件整體性好，強(qiáng)度提高，改善了裝配工藝性，降低了加工成本。

雙聯(lián)齒輪緊湊的結(jié)構(gòu)也給該零件的熱處理和機(jī)加工工序提出了更高的要求。近期，一批某雙聯(lián)齒輪雖然熱前各工序質(zhì)量比較穩(wěn)定，但在熱后磨工藝孔工序常常出現(xiàn)問題。例如，雙聯(lián)齒輪熱后磨φ40.1工藝孔工序的工藝要求為：齒圈徑跳要求0.045，齒形0.02；磨孔工序加工后實(shí)測(cè)結(jié)果：齒圈徑跳0.06左右，齒形0.03左右，不符合工藝要求，工序加工合格率僅為20%左右。經(jīng)測(cè)量，此批工件熱后內(nèi)孔多出現(xiàn)圓度超差（孔呈橢圓狀），給磨孔加工帶來(lái)難度，不但造成工序加工合格率低而且給取力器及變速器總成裝配帶來(lái)困難。

2、技術(shù)原理及分析

2.1 技術(shù)要求

磨φ40.1工藝孔工序工藝要求如圖2所示。要求將熱后工件用機(jī)床卡盤和工件大齒圈的節(jié)圓夾配合裝夾后，將工件T端面找正至0.04以內(nèi)，磨φ40.1內(nèi)孔直徑至公差要求，將工件穿在φ40.1檢驗(yàn)心軸上通過偏擺儀檢測(cè)工件的兩齒圈徑跳，送精測(cè)室在MM齒測(cè)儀上檢測(cè)齒形，要求達(dá)到齒圈徑跳要求0.045，齒形0.02。

2.2 加工流程

該工件加工流程如下：粗車成型-精車一端-精車另一端-滾I齒-滾II齒-II齒倒圓角-剃I齒-剃II齒-鉆油孔-標(biāo)記-熱處理-磨I齒棱-磨II齒棱-磨工藝孔-車止口-車另一端止口-去毛刺-清洗-終檢-涂油入庫(kù)。

2.3 分析解決

根據(jù)雙聯(lián)齒輪加工流程，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)幾方面逐一對(duì)磨孔工序齒圈徑跳和齒形的不合格原因進(jìn)行分析，如圖3所示。考慮人員、設(shè)備、環(huán)境和測(cè)量等因素較為穩(wěn)定，處于受控狀態(tài)，不穩(wěn)定因素主要有如下幾個(gè)方面：

2.3.1 原材料穩(wěn)定性

目前，雙聯(lián)齒輪的原材料多采用20CrMnTiH類低碳合金鋼。材料的化學(xué)成分對(duì)材料淬透性有著顯著的影響，而材料淬透性又與熱處理變形密切相關(guān)【1】。因此，國(guó)內(nèi)外都把控制材料淬透性波動(dòng)范圍作為穩(wěn)定齒輪畸變的第一要素【2】。熔煉質(zhì)量不穩(wěn)定或微量元素超標(biāo)、鋼材淬透性帶寬超過7HRC以上等均會(huì)引起工件熱后較大變形。所以公司雙聯(lián)齒輪的原材料采用了限制淬透性的20CrMnTiH類鋼。

對(duì)本批工件進(jìn)行理化分析，結(jié)果顯示采用了設(shè)計(jì)要求的20CrMnTi H3，沒有發(fā)生鍛造熱處理返修等異常，與原材料采購(gòu)、進(jìn)貨檢驗(yàn)及與物料跟蹤單信息一致。詳見表1、表2。

表1 20CrMnTiH3鋼材化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)與工件原材料的化學(xué)成分

表2 20CrMnTiH3鋼材標(biāo)準(zhǔn)淬透性要求及工件原材料實(shí)測(cè)結(jié)果

可見，本批工件原材料淬透性帶寬符合J9 及J15的標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足淬透性合金鋼熱后變形范圍小的要求，對(duì)控制零件變形比較有利。因此原材料穩(wěn)定性不是問題的要因。

小周上前把筆和會(huì)見筆錄遞過去。楊小水并沒有細(xì)看，翻到最后一頁(yè)簽上自己的名字。簽名畫押這活，楊小水這一段肯定沒少做。

2.3.2 熱處理過程穩(wěn)定性

熱處理過程控制中環(huán)境、設(shè)備、工藝參數(shù)和裝爐方式等因素造成的熱處理變形會(huì)累積反映到熱后磨孔工序齒形、徑跳等參數(shù)不合格。

熱處理車間環(huán)境因素穩(wěn)定、通風(fēng)良好，熱處理設(shè)備為世界一流的Aichelin多用爐，設(shè)備保養(yǎng)得當(dāng)、狀態(tài)穩(wěn)定，滲碳淬火處理均采用油淬，碳勢(shì)可控。925℃滲碳，840℃淬火，保溫3h，油溫80℃。

零件硬度與金相檢測(cè)結(jié)果如下表3：

表3 熱后工件剖檢實(shí)測(cè)結(jié)果

從零件追溯情況看，本批零件產(chǎn)品熱處理加工過程中加熱、滲碳、淬火的控制沒有異常，熱處理有效層深合格、金相組織穩(wěn)定。

本批工件熱處理裝爐方式為掛裝。考慮該零件結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，且軸向尺寸較寬，采用掛裝方式在淬火冷卻時(shí)內(nèi)孔油的流動(dòng)性較差，導(dǎo)致該零件不同部位的馬氏體轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性差異較大，加上零件自重的影響，所以內(nèi)孔變形不好控制；如果采用平裝方式裝爐，內(nèi)孔冷卻均勻一致，且不會(huì)由于零件自重影響內(nèi)孔橢圓變形趨勢(shì)，變形控制較好。本批工件熱后內(nèi)孔檢測(cè)結(jié)果顯示，普遍出現(xiàn)圓度超差（孔呈橢圓狀）的情況，且偏差方向有一定規(guī)律性，數(shù)值均在0.10-0.15之間，可能是裝爐方式不合理。因此裝爐方式為問題要因。

2.3.3 熱后磨孔工序加工方法的穩(wěn)定性

目前磨孔工序加工時(shí)，采用在內(nèi)圓磨床上用手動(dòng)普通三爪卡盤（如圖4）進(jìn)行裝夾找正后磨削內(nèi)孔。考慮手動(dòng)普通卡盤的三個(gè)卡爪可能不同步造成工件裝夾偏心而影響加工質(zhì)

量。對(duì)三個(gè)卡爪的重復(fù)精度測(cè)試結(jié)果顯示，其中一個(gè)卡爪的徑向跳動(dòng)比其余兩個(gè)卡爪徑向跳動(dòng)小0.02-0.03左右，這種狀況便會(huì)引起夾緊后工件中心偏向有問題的卡爪反向一側(cè)或造成夾緊變形，造成齒圈徑跳超差。若采用氣動(dòng)六爪薄膜卡盤（如圖5）夾緊，由于薄膜卡盤受到軸向力后松開或夾緊工件，薄膜變形穩(wěn)定，其上的卡爪定位同步性提高，能夠均勻找正。因此夾緊方法為問題要因。

3、解決方案及其驗(yàn)證

3.1 對(duì)熱處理裝爐方式進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化改進(jìn)工位器具，將掛裝方式（如圖6）改為平裝方式（如圖7）。

表4 兩種裝爐方式比較

改進(jìn)后雖然減少了一次性裝爐量，但測(cè)量結(jié)果顯示內(nèi)孔圓度明顯改善，熱處理過程較為穩(wěn)定。

3.2 改進(jìn)熱后磨孔工序的夾緊方式，將手動(dòng)普通三爪卡盤更換為氣動(dòng)六爪薄膜卡盤，增加卡爪夾緊精度。我們分別用這兩種卡盤進(jìn)行裝夾加工了20個(gè)工件，并對(duì)兩組各20個(gè)工件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

表5 兩種夾緊方式加工的比較

由于工件熱處理變形均勻、夾緊精度提高，卡爪徑跳重復(fù)精度≤0.01，加工后工件齒圈徑跳和齒形等各項(xiàng)參數(shù)絕大部分在公差范圍內(nèi)。

3.3 驗(yàn)證

對(duì)改進(jìn)后（采用平裝入爐熱處理和氣動(dòng)六爪薄膜卡盤裝夾磨孔）的兩批次產(chǎn)品該工序加工情況進(jìn)行跟蹤。

表6 產(chǎn)品工序加工情況

從跟蹤結(jié)果看，攻關(guān)后工序加工合格率≥99%。有效提高該零件磨孔工序質(zhì)量，保證了后續(xù)各工序加工及零件最終質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求，并從熱處理過程、機(jī)床調(diào)整、檢測(cè)費(fèi)用等方面減少了浪費(fèi)，為企業(yè)減少制造和檢驗(yàn)成本，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

為鞏固攻關(guān)效果，采取以下固化措施：

a、對(duì)熱處理工藝進(jìn)行修訂與完善，明確雙聯(lián)齒輪必須平裝入爐；

b、修訂雙聯(lián)齒輪熱后磨孔工序工藝，將夾緊方式改為氣動(dòng)六爪薄膜卡盤夾緊。

4、小結(jié)

通過此次攻關(guān)，雙聯(lián)齒輪熱后磨孔工序加工合格率顯著提高，改進(jìn)效果良好。改進(jìn)中認(rèn)真執(zhí)行PDCA方法，能較好地運(yùn)用數(shù)據(jù)分析來(lái)解決問題，有利于對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行總結(jié)分析，在以后的同類產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛推廣，并為其他問題的解決提供參考，為后續(xù)其它產(chǎn)品工藝攻關(guān)打下基礎(chǔ)。

[1] 孫美英，影響熱處理變形的主要因素，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，1999。

[2] 穆 靜，陳亞東. 滲碳鋼的淬透性與熱處理畸變，金屬熱處理，2001。

Improve the thermal ground hole machining processes passing rate after the double gear research

Wu Hui
（Shaanxi Fast Auto Drive Group Company, Shaanxi Xi’an 710077）

In this paper, the actual production to raise double gear grinding holes pass rate of core processes through improved methods and installed furnace mill hole clamping methods, completed the improvement goals, an effective solution to production problems, but also improves the double gear the overall quality.

Pass rate；Deform；Installed furnace way；Clamping

TH132

A

1671-7988(2014)08-90-03

仵卉，工程師，就職于陜西法士特集團(tuán)公司。