齒輪軸結構冷熱配合試驗分析研究

黃文剛，劉樹君

陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西西安 710119

1 序言

變速箱輸入齒輪軸在傳動輸入過程中承受著不同程度的載荷變化，將動能傳遞給各種執行元件，輸入齒輪軸需在各種工況下平穩運行，在輸入齒輪軸的加工及熱處理制造過程中，需要完全保證設計所要求的齒部參數及各種關鍵尺寸。若輸入齒輪軸在經過熱處理后，其關鍵尺寸會產生變形，且后續的機加工工序又無法完全修正由熱處理引起的變形，將會使輸入齒輪軸零件報廢，增加了企業加工生產成本，因此輸入齒輪軸結構冷熱配合試驗分析對生產具有一定的實踐指導意義。

2 產品結構和加工難點

圖1所示為變速箱輸入齒輪軸實物，其主要功能是給變速箱提供輸入轉矩，帶動變速箱正常運轉。

圖1 輸入齒輪軸

變速箱輸入齒輪軸材質為8620RH鋼（相當于20CrNiMo鋼），該軸要求進行滲碳處理，表面硬度為58～63HRC。

輸入齒輪軸加工難點：熱處理后變速箱輸入齒輪軸變形大，導致內外齒的跨棒距變形，不能保證齒部精度和內外齒跨棒距，極易產生廢品。一旦關鍵尺寸超差，部分零件將無法進行返修，會直接報廢，增加了企業生產成本。

傳統加工方法是根據產品圖樣要求，安排加工工序、加工設備，其中加工工序包括粗車成形、精車加工、插齒、滾齒、剃齒、中間檢測、熱處理以及熱處理后加工等，輸入齒輪軸齒部加工一般會在熱處理工序前加工完成，熱處理后不再進行加工。熱處理前加工的齒部精度與熱處理齒部變形疊加就形成熱處理后零件齒部精度，因此熱處理后零件齒部精度直接決定了最終產品質量的優劣[1]。

傳統加工的缺點如下。

（1）齒部跨棒距不合格 齒部跨棒距尺寸主要取決于刀具的齒部參數以及熱處理加工變形。刀具的齒部參數通過產品圖樣的要求進行制造設計，齒部參數不合格發生的概率較低，且在加工過程中能夠體現。如加工過程中零件齒部參數測量不合格，可通過直接測量刀具設計是否合格，針對不合格的刀具可通過修磨刀具進行修正，因此熱處理變形往往是導致齒部跨棒距不合格的最主要因素。

（2）齒部精度較差 齒部精度高低主要取決于刀具的精度、刀具的齒形齒向、加工設備的穩定性、夾具的穩定性，以及熱處理變形。以上這些影響因素除了熱處理變形，其他都可以在熱處理前的加工過程中發現并及時修正，而熱處理變形往往只有經過熱處理后才能得出結論，因此傳統加工的方法具有一定的弊端。

3 現有冷熱配合試驗加工方法

現有冷熱配合試驗加工是通過在熱處理前增加一定量的跨棒距脹縮變形、齒部精度變形來指導熱處理前加工[2]。通過小批量熱處理后的生產數據，再次修正熱處理前加工，進而優化改進熱處理前的加工工藝，滿足零件產品技術要求，降低廢品率，減少企業生產成本。

（1）分析熱處理關鍵數據 分析輸入齒輪軸熱處理設備：推桿連續爐；材料牌號：8620RH；表面碳含量為0.85%；碳勢允許偏差±0.05%；熱處理效率（包括預氧化區、加熱一區、加熱二區、強滲一區、強滲二區、高溫擴散區、低溫擴散區）；淬火時間；溫度（包括清洗、漂洗、烘干、回火一區、回火二區、回火三區）。

（2）齒部跨棒距 根據以往齒部跨棒距加工及熱處理變形情況，分析齒部跨棒距的脹縮變形量，齒部外齒跨棒距經熱處理后，跨棒距會增大一定的量，而齒部內齒跨棒距經熱處理后，跨棒距會減小一定的量，這就需要在熱處理前加工時進行考量。

1）外齒：在熱處理前加工時，外齒跨棒距加工至小于產品圖樣要求跨棒距或產品圖樣要求下偏差（根據產品圖樣跨棒距公差及熱處理變形脹量）。

2）內齒：在熱處理前加工時，內齒跨棒距加工至大于產品圖樣跨棒距或產品圖樣要求上偏差（根據產品圖樣跨棒距公差及熱處理變形脹量）。

（3）齒部修形 根據以往齒部精度以及熱處理變形情況，分析齒部精度變形量，左旋的齒輪齒部齒向經熱處理后齒向會向左側偏轉、右旋的齒輪齒部齒向經熱處理后齒向會向右側偏轉。因此，熱處理前機加工工序增加齒向修形，有助于提升齒部 精度。

4 試驗結果分析

變速箱輸入齒輪軸結構產品關鍵參數見表1。在開展熱處理工序前，調整外齒、內齒跨棒距（見表2），增加齒向修形，如圖2所示。齒輪最終檢測量的外齒、內齒跨棒距見表3。

表2 熱處理前調整外齒、內齒跨棒距 （mm）

表3 最終外齒、內齒跨棒距及齒向檢測結果 （mm）

圖2 熱處理前齒向修形

5 結束語

通過多年生產實踐得出，冷熱配合試驗增加熱處理工序前調整齒部跨棒距尺寸修正及齒向修形，均能指導實際齒輪軸生產加工，提升了零件產品關鍵尺寸的符合性，降低了零件廢品率，節約了生產成本，對生產具有一定的指導意義。