三聯(lián)齒輪機(jī)工藝分析

1、1 三聯(lián)齒輪零件的機(jī)加工藝部分汽車(chē)生產(chǎn)的特點(diǎn)是批量大，產(chǎn)量高，因此，在保證齒輪加工精度的要求下，機(jī)械加工工藝要力求高效便捷。1.1 齒輪的工藝部分為了高效并且方便的加工出合格的三聯(lián)齒輪，必須選擇合理的材料，安排合理的加工工藝。1.1.1 三聯(lián)齒輪的工作條件汽車(chē)變速器三聯(lián)齒輪的工作條件如下：齒輪工作時(shí)，通過(guò)齒面的接觸來(lái)傳遞動(dòng)力。兩齒輪在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，既有滾動(dòng)，又有滑動(dòng)。因此，齒輪表面受到很大的接觸疲勞應(yīng)力和摩擦力的作用；傳遞扭矩時(shí)，在齒根部分受到很大的交變彎曲應(yīng)力的作用；在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的過(guò)載產(chǎn)生振動(dòng)，承受一定的沖擊力或過(guò)載荷；變速換擋時(shí)，端部受到?jīng)_擊，承受一定的沖擊力。1.1.2 三聯(lián)齒輪的材料

2、選擇其工作其工作性質(zhì)決定了必須選擇具備以下功能的材料：高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度；齒面有高的硬度和耐磨度；輪齒心部有足夠的強(qiáng)度和韌性。顯然，作為制造齒輪的材料，陶瓷是不合適的，因?yàn)樗嘈源?，不能承受變速器中的沖擊；塑料材質(zhì)也不能承受很大的載荷。所以，齒輪一般選用金屬材料。鑒于汽車(chē)變速器齒輪的工作條件和性能要求，選擇40Cr鋼。40Cr鋼，由于Cr的存在，使得其淬透性大大提高，并且，大大改善了鋼的綜合力學(xué)性能。鋼的抗拉強(qiáng)度可達(dá)850MPa,具有良好的綜合性能。 表1.1 40Cr化學(xué)成分表（%）CMnSiCr0.370.440.500.800.170.370.801.10 表1.2 40Cr

3、機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度（MPa）伸長(zhǎng)率（%）收縮率（%）沖擊韌性98094560切削加工性分析：為了改善40Cr的鍛造組織及切削加工性能，首先選擇合理的預(yù)備熱處理工藝，也就是才用正火熱處理。因?yàn)檎鸺瓤梢约?xì)化晶粒，又可以改善切削性能，同時(shí)也有利于消除內(nèi)應(yīng)力。正火后，鍛造組織得到改善，硬度降低了，有利于切削加工，并為調(diào)質(zhì)熱處理做組織準(zhǔn)備。這樣以來(lái)，在粗加工時(shí)，就可以去除大部分毛坯余量。為了獲得40Cr鋼的良好的綜合力學(xué)性能，需要進(jìn)行淬火加高溫回火熱處理，也就是調(diào)質(zhì)處理。處理后的40Cr鋼的組織是回火索氏體，它有較高的韌性、塑性和強(qiáng)度。這樣就為加工帶來(lái)了不便，因此，在半精加工和精加工時(shí)，只能是小加工余量

4、加工。1.1.3 三聯(lián)齒輪的熱處理及檢驗(yàn)三聯(lián)齒輪三聯(lián)齒輪的材料是40Cr鋼，屬調(diào)質(zhì)鋼，查熱處理手冊(cè)，其熱處理工藝路線(xiàn)如下流程安排：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工齒部高頻淬火 圖1. 熱處理流程圖正火： 正火的主要目的是細(xì)化晶粒，提高40Cr的力學(xué)性能。并且，正火的操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，能量消耗少。因此在粗加工前設(shè)置正火，以便粗加工時(shí)大余量的加工。調(diào)質(zhì)： 調(diào)質(zhì) =淬火+高溫回火。高溫回火后的組織為回火索氏體，它的硬度為25-25HRC，這種組織的特點(diǎn)是綜合力學(xué)性能好，在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，具有較好的塑性和韌性。調(diào)質(zhì)熱處理后，三聯(lián)齒輪便可以獲得較好的綜合性能。齒部高頻淬火： 對(duì)于齒部及槽，表面經(jīng)常磨

5、合，因此需要表面耐磨損，不易產(chǎn)生疲勞損壞,而心部要求有足夠強(qiáng)度的塑性和韌性,所以,選擇表面高頻淬火來(lái)使鋼的表面得到強(qiáng)化,以滿(mǎn)足使用要求。高頻表面淬火是通過(guò)快速加熱使鋼表層奧氏體化,而不等熱量傳至中心,立即予以淬火冷卻,其結(jié)果是表層獲得硬而耐磨的馬氏體組織,而心部仍然保持著原來(lái)的塑性、韌性較好的調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。經(jīng)過(guò)以上熱處理工序，便可以達(dá)到所需的材料綜合性能。所以，熱處理是三聯(lián)齒輪非常重要的工序。1.2 毛坯的設(shè)計(jì)1.2.1 毛坯種類(lèi)的選擇鍛造方法的選擇：合理選擇鍛造方法主要依據(jù)以下因素1） 鍛造的形狀和尺寸，2） 鍛件材料，3） 鍛件產(chǎn)量，4） 工廠(chǎng)設(shè)備條件。與自由鍛和鑄造相比，模鍛的優(yōu)點(diǎn)：1

6、） 由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動(dòng)，鍛件的形狀可以復(fù)雜；2） 鍛件內(nèi)部的鍛造流件比較完整，從而提高零件機(jī)械性能和使用壽命；3） 鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工時(shí)間；4） 生產(chǎn)率高；5） 操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；6） 生產(chǎn)批量大，成本越低。因此，毛坯采用模鍛件。也就是將加熱后的坯料放在鍛模腔內(nèi)，在鍛壓力的作用下，迫使坯料變形而獲得鍛件的方法。坯料變形時(shí)，金屬的流動(dòng)受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模腔形狀一致的鍛件。其輪廓尺寸更接近于零件尺寸，加工余量及材料消耗大大減少。1.2.2 分模面的確定分模面是形成模鍛件的模具分合面。分模面的確定直接影響模鍛件的成型、鍛件出模材料的利用率等問(wèn)題。

7、鍛件分模面位置確定的主要原則是保證鍛件形狀和零件形狀一致，并使鍛件從鍛模件中方便取出。為此鍛件的分模面應(yīng)選擇在零件具有最大水平投影的位置上。而且，為了保證鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，還要有下列要求：（1） 為了便于發(fā)現(xiàn)上、下模在鍛模過(guò)程中的錯(cuò)移現(xiàn)象，分模位置應(yīng)選在鍛件側(cè)面的中部。（2） 為使鍛模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并防止產(chǎn)生上下模的錯(cuò)移現(xiàn)象，分模位置應(yīng)盡可能用直線(xiàn)形狀。（3） 確定分模位置時(shí)，應(yīng)使金屬充滿(mǎn)模腔，鍛模錯(cuò)移力得到平衡。確定分模面位置時(shí)，其選取原則如下：1 保證模鍛件在模腔中取出（即在鍛件最大尺寸截面上）；2 最好將分模面選在模腔具有最小的深度上，使金屬易于充滿(mǎn)模腔，便于取出鍛件，便于制造鍛模

8、；3 沿分模面上的上、下模腔應(yīng)外型一致，以便于生產(chǎn)中易于發(fā)現(xiàn)上下模對(duì)不齊而發(fā)生的錯(cuò)移現(xiàn)象。根據(jù)以上原則，該鍛件的分模面選擇為經(jīng)過(guò)軸線(xiàn)的水平面（即在最大水平投影尺寸的位置上M-M），如圖（2）所示： 圖2.毛坯模鍛1.2.3 圓角半徑及拔模斜度為了便于金屬在型槽內(nèi)流動(dòng)和考慮模鍛強(qiáng)度，在模鍛件的轉(zhuǎn)角處，應(yīng)當(dāng)帶有適當(dāng)?shù)膱A角。在本模鍛件中，圓角半徑選用R3、R5、R6、R20。在鍛件上與分模面相垂直的平面所附加的斜度稱(chēng)為拔模斜度。拔模斜度的功能是使鍛件成型后能從模膛中順利取出。鍛件上的拔模斜度會(huì)增加金屬損耗和機(jī)械加工量因此盡量選用最小的模鍛斜度。最常采用的外模鍛斜度為。因此，此模鍛件的模鍛斜度均取。模

9、鍛的技術(shù)條件為：（1） 拔模斜度；（2） 未注明圓角R3；（3） 分模面錯(cuò)移允差1；（4） 殘余毛邊每邊允許1.8，最大3；（5） 其余尺寸公差按HB0-6-67；（6） II類(lèi)件；（7） M-M為低倍實(shí)驗(yàn)取樣處；（8） 熱處理：正火。1.3 三聯(lián)齒輪的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)齒輪花鍵孔較長(zhǎng)，加工時(shí)容易出現(xiàn)歪斜，因此采用先鉆中心孔，然后鏜孔，最后拉花鍵孔的方法，這樣一來(lái)，可以保證花鍵孔的精度，同時(shí)，縮短拉刀的長(zhǎng)度，提高加工質(zhì)量。 圖3. 零件圖1.3.1 表面加工方法的選擇表面加工方法選擇的任務(wù)是根據(jù)零件表面的質(zhì)量要求，選擇一套合理的加工方法，既保證表面質(zhì)量的加工要求，又兼顧生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。一般，根據(jù)機(jī)械

10、加工的經(jīng)濟(jì)精度來(lái)安排加工路線(xiàn)。分析零件圖，可知，零件表面的表面粗糙度等級(jí)共三種，分別是：Ra 10，Ra 5，Ra 2.5根據(jù)機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)精度，按如下來(lái)安排加工路線(xiàn)：Ra 10(槽側(cè)面) 粗車(chē)Ra 5(各齒頂圓、零件左右端面及未標(biāo)注面) 粗車(chē)半精車(chē)Ra 2.5（槽側(cè)面） 粗車(chē)半精車(chē)精車(chē)Ra 2.5（齒端面I、II、III） 粗銑半精銑外圓尺寸公差等級(jí)有三種：IT10、IT11。根據(jù)機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)精度，按如下來(lái)安排加工路線(xiàn)：IT10、IT11（、及其他外圓） 粗車(chē)半精車(chē)內(nèi)孔尺寸公差等級(jí)有一種： IT7.根據(jù)機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)精度，按如下來(lái)安排加工路線(xiàn)： IT7（花鍵孔） 鉆孔鏜孔拉孔端面及溝槽尺寸

11、公差等級(jí)有二種： IT9、IT11。根據(jù)機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)精度，按如下來(lái)安排加工路線(xiàn)： IT9（槽） 粗車(chē)半精車(chē)精車(chē) IT11（左右端面及齒端面） 粗車(chē)半精車(chē)1.3.2 加工階段的劃分由于零件的表面粗糙度Ra最小為2.5，因此，不需要光整加工，整個(gè)工藝路線(xiàn)劃分為三個(gè)階段，即粗加工、半精加工和精加工階段。1.3.3 定位基準(zhǔn)的選擇分析零件圖，很明顯，該三聯(lián)齒輪多為端面和外圓車(chē)削，再加上該零件為回轉(zhuǎn)零件，因此，選用端面作為定位基準(zhǔn)比較合理。粗基準(zhǔn)選擇粗加工時(shí)，由于毛坯為模鍛件，因此，不宜用未加工端面做基準(zhǔn)。先平端面，然后打中心孔，用中心孔的方法來(lái)保證回轉(zhuǎn)中心的同心度。精基準(zhǔn)選擇精加工時(shí)，選用精基準(zhǔn)，除

12、了要考慮定位的準(zhǔn)確外，更主要的是考慮位置尺寸和位置關(guān)系精度的保證，因此精基準(zhǔn)的選擇非常重要。在選擇精基準(zhǔn)時(shí)考慮了一下幾個(gè)原則：基準(zhǔn)重合原則。即用工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。一次裝夾原則。在三聯(lián)齒輪加工時(shí)，零件一次裝夾過(guò)程中，同時(shí)完成幾個(gè)表面的加工?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一原則。在零件加工中，以端面為精基準(zhǔn)，可以方便的加工其他尺寸，因此盡可能多數(shù)工序均采用這組基準(zhǔn)定位，來(lái)加工其他表面。便于裝夾原則。由于三聯(lián)齒輪為回轉(zhuǎn)零件，而且車(chē)削加工較多，因此選用三抓卡盤(pán)作為夾緊定位的夾具，既保證加工精度，又便于裝夾?；谏鲜鲈瓌t，加工左端面時(shí)，選用右端面和外圓作精基準(zhǔn)，加工右端面時(shí)，選用左端面及外圓作精基準(zhǔn)。加工花鍵孔時(shí)，以端面和

13、外圓作精基準(zhǔn)。鉆端面孔時(shí)以?xún)?nèi)孔和左端面作精基準(zhǔn)。1.3.4 輔助工序的安排熱處理決定零件的使用性能和加工性能，因此是非常重要的工序。具體流程見(jiàn)圖140Cr熱處理流程圖。中間檢驗(yàn)。因?yàn)辇X輪加工和花鍵孔加工比較費(fèi)時(shí)，而且加工費(fèi)比較高，因此，加工前需要驗(yàn)證零件是否符合要求，否則，如果零件出現(xiàn)問(wèn)題，等最后發(fā)現(xiàn)時(shí)，已經(jīng)造成很多不必要的浪費(fèi)。所以，在齒輪加工和花鍵孔加工之前，設(shè)置中間檢驗(yàn)。校正花鍵孔：高頻淬火熱處理可能對(duì)整個(gè)零件產(chǎn)生影響，使零件發(fā)生變形。由于花鍵孔的精度很好，因此，必須保證花鍵孔不受齒面高頻淬火熱處理影響，所以在高頻淬火后設(shè)置校正花鍵孔工序。涂油、包裝、入庫(kù)。由于汽車(chē)變速器三聯(lián)齒輪屬于大批

14、量生產(chǎn)，加上它本身也是標(biāo)準(zhǔn)件，因此必須有合理的物流和倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)管理，來(lái)保證交付客戶(hù)符合要求的產(chǎn)品。1.3.5 機(jī)械加工工序的方案比較在安排機(jī)械加工工序時(shí)考慮了以下原則：基面先行。也就是先加工基準(zhǔn)面。先粗后精。粗加工安排在前面工序，中間為半精加工，最后精加工。先主后次。也就是先加工比較重要的尺寸。先面后孔。由于平面輪廓平整，安放和定位都比較穩(wěn)定，所以先面后孔，這樣就可以保證孔面的位置精度要求?；谏鲜鲈瓌t，設(shè)計(jì)了三聯(lián)齒輪機(jī)械加工時(shí)的工序方案： 工序號(hào) 方案1 工序號(hào) 方案2 0 下料 0 下料 5 模鍛 5 模鍛 10 正火熱處理 10 正火熱處理 15 平右端面 15 平右端面 20 打中心孔

15、20 打中心孔 25 粗車(chē)外圓 25 粗車(chē)外圓 30 平左端面 30 平左端面 35 打中心孔 35 打中心孔 40 粗車(chē)外圓 40 粗車(chē)外圓45 加工孔 45 加工孔 50 鏜內(nèi)孔 50 鏜內(nèi)孔 55 調(diào)質(zhì)熱處理 55 拉花鍵孔 60 精車(chē)右端面 60 調(diào)質(zhì)熱處理 65 車(chē)淺溝槽 65 精車(chē)右端面 70 車(chē)深溝槽 70 車(chē)淺溝槽 75 精車(chē)左端面 75 車(chē)淺溝槽 80 車(chē)溝槽 80 精車(chē)左端面 85 鉆端面孔 85 車(chē)溝槽 90 攻絲 90 鉆端面孔 95 銼修 95 攻絲 100 中間檢驗(yàn) 100 去毛刺 105 插齒III 105 中間檢驗(yàn) 110 插齒II 110 插齒III 115

16、插齒I 115 插齒II 120 銑齒右側(cè)倒角 120 插齒I 125 銑齒左側(cè)倒角 125 銑齒右側(cè)倒角 130 拉花鍵孔 130 銑齒左側(cè)倒角 135 去毛刺 135 去毛刺 140 齒部熱處理 140 齒部表面處理 145 校正花鍵孔 145 校正花鍵孔 150 最終檢驗(yàn) 150 最終檢驗(yàn) 155 清洗 155 清洗 160 涂油 160 涂油 165 包裝 165 包裝 170 入庫(kù) 170 入庫(kù)方案一：先鉆端面孔（工序85），后加工花鍵孔（工序130）。方案二：先加工花鍵孔（工序55），后鉆端面孔（工序90）。分析：調(diào)質(zhì)熱處理后，零件材料硬度增加，只適合小余量的精加工。而拉削花鍵孔時(shí)

17、，拉削余量大，拉削力大。如果采用方案一的設(shè)計(jì)，大的拉削力容易使已加工好的齒產(chǎn)生變形，而齒部的尺寸為重要尺寸，因此采用方案容易影響零件的精度，故采用方案二。1.3.6 機(jī)械加工路線(xiàn)三聯(lián)齒輪的加工工藝為上述方案二。下面對(duì)工藝路線(xiàn)加以詳細(xì)說(shuō)明。1. 工序5工序5為模鍛，獲得齒輪的毛坯。2. 工序10工序10為正火熱處理，目的是細(xì)化晶粒，提高40Cr鋼的力學(xué)性能，便于軟車(chē)大余量加工。3. 工序15、20、25、30、35、40、45、50、55這9道工序?yàn)槎嗣婧屯鈭A的粗加工以及花鍵孔的加工。工序15為平右端面。由圖紙可以清晰的看出，右端面為測(cè)量基準(zhǔn)，因此為重要加工表面。采用基準(zhǔn)重合的原則，選右表面作為

18、工序基準(zhǔn)。所以，首先加工右端面。由于毛坯端面有拔模斜度，不宜用來(lái)做測(cè)量基準(zhǔn)。因此先平端面，講端面車(chē)至與機(jī)體相平即可。工序20為打中心孔。中心孔對(duì)中性很好，能夠保證內(nèi)外圓的加工精度。工序25為粗車(chē)外圓，可以去除大部分的加工余量。工序30、35、40是以加工過(guò)的右端面和外圓作為定位基準(zhǔn)，加工外圓及內(nèi)孔，去除大部分余量。上述工序采用互為基準(zhǔn)的方法，目的是使加工余量均勻，并使加工后表面位置比較準(zhǔn)確。工序45、50、55為孔的加工。對(duì)于花鍵孔，要求精度比較高，因此，采用先鉆后鏜再拉的工藝安排。工序60為調(diào)質(zhì)熱處理。工序60為調(diào)質(zhì)熱處理，使材料具有較好的塑性和韌性，三聯(lián)齒輪可以獲得較好的綜合性能。4工序6

19、5、70、75、80、85這5道工序?yàn)槎嗣婕巴鈭A的精加工。工序65為精車(chē)右端面，工序70加工外圓和淺溝槽，到此，精基準(zhǔn)就加工完成。工序75為深溝槽的精加工。工序80為精車(chē)左端面，工序85加工外圓和溝槽。5工序90、95工序90為鉆端面孔，在這道工序里，完成右端面6個(gè)孔的加工，緊跟鉆孔，工序95完成6個(gè)M4的螺紋孔的攻絲。6工序100、105工序100為去毛刺，主要是去除鉆孔時(shí)造成的毛刺。工序105為中間檢驗(yàn)，為滿(mǎn)足車(chē)間轉(zhuǎn)換需求。7工序110、115、120、125、130這5道工序完成齒輪的加工。工序110、115、120分別為齒輪III、II、I的加工，采用插齒的方法加工。工序125、130

20、為齒側(cè)倒角的加工。8工序135、140工序135為去毛刺，去除齒加工造成的毛刺，為下一道工序做準(zhǔn)備。工序140為齒部表面處理，包括齒部及槽的高頻淬火和表面磷化處理。9工序145、150工序145為校正花鍵孔，保證花鍵孔的精度。工序150為最終檢驗(yàn)。10工序155、160、165、170這四道工序完成三聯(lián)齒輪的清洗、涂油、包裝和入庫(kù)。 1.4 工序尺寸確定1.4.1 主要表面徑向尺寸的選擇在三聯(lián)齒輪的加工過(guò)程中，加工表面的最終尺寸和公差可以直接按零件圖要求確定，而中間工序的尺寸則是根據(jù)加工過(guò)程中的具體要求而定，加上或減去余量而獲得的，采用“從后向前推”的方法，由零件的最終尺寸加上余量推算出毛坯的

21、尺寸。直徑、外表面，Ra2.5。經(jīng)粗車(chē)半精車(chē)各工序尺寸確定如下：工序號(hào) 工序內(nèi)容加工余量加工精度工序尺寸60精車(chē)外圓1.8IT1025粗車(chē)外圓2.2IT12毛坯的加工余量為4，故毛坯的尺寸為。直徑外表面，Ra5。經(jīng)過(guò)粗車(chē)半精車(chē)。各工序尺寸確定如下：工序號(hào) 工序內(nèi)容加工余量加工精度工序尺寸60精車(chē)外圓1.5IT1025粗車(chē)外圓3.0IT12毛坯的加工余量為4.5，故毛坯的尺寸為。直徑外表面，Ra5。經(jīng)過(guò)粗車(chē)半精車(chē)。各工序尺寸確定如下：工序號(hào) 工序內(nèi)容加工余量加工精度工序尺寸75精車(chē)外圓1.5IT1040粗車(chē)外圓3.0IT12 毛坯的加工余量為4，故毛坯的尺寸為。花鍵孔花鍵孔，Ra5。經(jīng)過(guò)鉆孔鏜孔拉孔。工序號(hào) 工序內(nèi)容加工余量加工精度工序尺寸 55拉花鍵孔0.5IT750鏜內(nèi)孔1.0IT1145鉆內(nèi)孔20IT121.4.2 軸向尺寸的確定槽的軸向尺寸要求較高，為IT9精度。 圖4. 槽零件圖尺寸 由圖4零件圖尺寸可知，加工順序?yàn)橄扔叶嗣?，再臺(tái)階面，最后是槽。零件軸向尺寸除槽外沒(méi)有特別精確的要求。1.5 有關(guān)工序機(jī)床，夾具，刀具，量具的選擇1.5.1 金屬切削機(jī)床的選擇機(jī)床的選擇原則如下：（1） 機(jī)床的工作精度與工序的加工精度相適應(yīng)；（2） 機(jī)床工作區(qū)的尺寸