副箱主軸減速齒輪工藝優(yōu)化

李 媛

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西西安 710119）

0 引言

副箱主軸減速齒輪是變速器中的關(guān)鍵零部件，與焊接軸和副箱同步器配合，售后的故障率較高。由于減速輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱處理后變形較大，尺寸鏈繁多，其碗型結(jié)構(gòu)尺寸全部控制到合格難度較大，本文就減速輪批量生產(chǎn)中存在的問(wèn)題提出優(yōu)化方案，提高產(chǎn)品合格率。

1 原因分析及改進(jìn)方法

通過(guò)對(duì)不合格品尺寸報(bào)告進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)廢品產(chǎn)生主要有兩大原因：一是軸向尺寸超差，二是熱后車(chē)端面帶黑皮，這兩個(gè)問(wèn)題在同類(lèi)型零件中普遍存在。與此同時(shí)，對(duì)不同種零件的橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)超差的軸向尺寸為同一尺寸，由此排除某一零件工藝編制的偶發(fā)性錯(cuò)誤及加工的不穩(wěn)定性，考慮為現(xiàn)行工藝尺寸鏈不合理或熱變形較大導(dǎo)致，為此將從以上兩方面展開(kāi)研究。

1.1 工藝尺寸鏈的分析與優(yōu)化

現(xiàn)以變速器中副箱主軸減速齒輪為例進(jìn)行工藝尺寸計(jì)算，產(chǎn)品圖軸向尺寸要求如圖1，工藝加工尺寸要求如圖2。

將圖1中有軸向尺寸要求的五個(gè)面自左向右依次標(biāo)記為 A、B、C、D、E，由圖 2可看出，現(xiàn)行工藝方案為熱前分別精車(chē)五個(gè)加工面達(dá)到如圖的工藝尺寸，熱后依次車(chē)B面和C面達(dá)到產(chǎn)品圖要求的尺寸，其中車(chē)B面要同時(shí)保證36.75和49.5兩個(gè)尺寸。但在熱后車(chē)工序中定位基準(zhǔn)為A面，測(cè)量基準(zhǔn)為B面，基準(zhǔn)并不重合，因此都為間接保證的尺寸。同時(shí)圖2所標(biāo)注的工藝尺寸在形式上也并不合理，B面工藝尺寸重復(fù)標(biāo)注，在加工時(shí)只能選擇其一為工藝尺寸，另一尺寸為參考尺寸，不同選擇會(huì)影響最終的尺寸。為說(shuō)明該工藝尺寸存在的問(wèn)題，先忽略零件熱變形，建立工藝尺寸鏈如圖3。

圖1 產(chǎn)品圖軸向尺寸要求Fig.1 Axial size requirements for product drawings

圖2 原工藝尺寸Fig.2 Original process dimensions

圖3 原工藝尺寸鏈Fig.3 Original process dimension chains

在熱前車(chē)工序中ABDE面形成尺寸鏈，DE兩面間尺寸為封閉環(huán) U∑，其余為組成環(huán)，由箭頭方向可以判斷出8.47和36.95尺寸為減環(huán)，58.15尺寸為增環(huán)。由線(xiàn)性尺寸誤差傳遞公式Δ∑=∑Δi-Δi計(jì)算可得，

熱后車(chē)工序中，將兩種工藝尺寸選擇分別計(jì)算。尺寸鏈1以36.75為工藝尺寸，BDE三面形成尺寸鏈，則參考尺寸49.5為封閉環(huán)V∑，由公式計(jì)算得V∑=49.48±0.22。同樣，尺寸鏈2以49.5尺寸為工藝尺寸，同理得封閉環(huán)尺寸W∑=36.76±0.21。顯然，兩種工藝尺寸的選擇都不能保證產(chǎn)品圖的尺寸要求。

抽檢20件熱后車(chē)工序完成的零件測(cè)量軸向尺寸 ，所得部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1。表中數(shù)據(jù)顯示，6個(gè)零件49.58/49.4尺寸全部超差，而實(shí)際上抽檢的20個(gè)零件該尺寸不合格率為100%。實(shí)際加工中36.75和49.5尺寸并不能同時(shí)滿(mǎn)足要求，由此可驗(yàn)證以上工藝尺寸不合理的推論。

表1 副箱主軸減速齒輪熱后軸向尺寸記錄（1）Tab.1 Axial size records of the auxiliary box main shaft reduction gear after heat treatment（1） 單位 unit：mm

要解決以上問(wèn)題，需重新確定工藝方案，建立合理的工藝尺寸鏈。經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算，重新確定工藝方案如圖4，該方案的工藝尺寸鏈如圖5。熱前工序中分別車(chē)ABCDE五面至工藝尺寸，熱后先車(chē)B面達(dá)到8.67±0.04尺寸，36.75和49.5尺寸為參考尺寸，再車(chē)C面保證7.1/6.95尺寸。熱前工序中ADE面形成尺寸鏈，DE面尺寸為封閉環(huán)X∑，計(jì)算得X∑=12.74±0.07。熱后工序形成兩個(gè)尺寸鏈，尺寸鏈1得封閉環(huán)Y∑=49.47±0.07，尺寸鏈2得封閉環(huán)Z∑=36.73±0.08。因此，熱后工序通過(guò)8.67±0.04尺寸可同時(shí)保證36.75和49.5兩個(gè)軸向尺寸都在公差范圍內(nèi)，新的工藝方案理論上更為合理。

為驗(yàn)證更改后的工藝尺寸在加工中的合理性，抽檢20件按新工藝加工的零件測(cè)量軸向尺寸并記錄，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表2，測(cè)得抽檢的20件零件的軸向尺寸全部合格。可見(jiàn)，調(diào)整后的工藝尺寸能同時(shí)保證36.75和49.5兩個(gè)尺寸都在產(chǎn)品圖要求的公差范圍內(nèi)，其合理性得到驗(yàn)證。

圖4 調(diào)整后工藝尺寸Fig.4 Adjusted process dimensions

圖5 調(diào)整后工藝尺寸鏈Fig.5 Adjusted process dimension chains

表2 副箱主軸減速齒輪熱后軸向尺寸記錄（2）Tab.2 Axial size records of the auxiliary box main shaft reduction gear after heat treatment（2） 單位 unit：mm

1.2 熱處理變形的分析與優(yōu)化

副箱主軸減速齒輪在熱后車(chē)工序中除了軸向尺寸不達(dá)標(biāo)外，還往往出現(xiàn)車(chē)完端面（圖4中C端面）帶黑皮的現(xiàn)象，并因此產(chǎn)生大量廢品。同樣以12JSD200T-1707106-3為例，由圖2和圖4可看出，B面和C面在熱前車(chē)工序中為熱后車(chē)工序共預(yù)留0.325mm余量，即單面余量超過(guò)0.16mm，即使留量富余仍不能保證熱后C端面有足夠車(chē)量。因此考慮可能為熱處理變形較大或變形不均勻，B面熱后車(chē)掉過(guò)多余量導(dǎo)致C面余量不足。為證實(shí)此問(wèn)題做了大量熱變形試驗(yàn)，記錄AB面臺(tái)階尺寸8.47±0.02熱處理前后的變化量，其中18件零件熱處理變形量如圖6，部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表3。數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)階尺寸在熱處理前后普遍減小，B面加工量明顯超過(guò)預(yù)留加工量0.16mm。而實(shí)際測(cè)得的變形量從0.02～0.13mm不等，且多數(shù)變化量在0.03～0.09mm之間。說(shuō)明熱處理后B面向靠近A面的方向平移變形，熱前預(yù)留的余量隨之偏向B面方向，導(dǎo)致C面熱后余量不足車(chē)不上而出現(xiàn)黑皮。

圖6 臺(tái)階尺寸熱變形量對(duì)比Fig．6 Comparison of the heat treatment deformation of step dimensions

表3 臺(tái)階尺寸熱處理變形量Tab.3 The heat treatment deformation of step dimensions 單位 unit：mm

在熱變形試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)熱前工藝尺寸進(jìn)行調(diào)整如圖7，將臺(tái)階尺寸8.47±0.02改為8.52±0.02，即在熱前給予熱變形0.05mm補(bǔ)償量以保證熱處理變形后余量仍能在BC兩面均勻分布，同時(shí)將7.35±0.05 尺寸改為 7.4±0.05，增加預(yù)留余量。

2 工藝優(yōu)化的效果

通過(guò)車(chē)工序工藝方案的重新設(shè)計(jì)，合理調(diào)整工藝尺寸，并配合熱處理變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分配預(yù)留余量，有效解決了副箱主軸減速齒輪軸向尺寸超差、熱后車(chē)端面帶黑皮的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多批次跟蹤檢測(cè)，軸向尺寸穩(wěn)定且符合性明顯提高，合格率達(dá)到99%以上，帶黑皮零件數(shù)量也大大減少，報(bào)廢數(shù)量由每月20～30件減少到2件以下，副箱主軸減速齒輪工藝優(yōu)化的合理性由此得到有效驗(yàn)證。此外，將以上工藝優(yōu)化方法推及其他箱型的副箱主軸減速齒輪，有效提高了該類(lèi)產(chǎn)品的加工質(zhì)量。