三联齿轮机工艺分析.docx

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三联齿轮机工艺分析

三联齿轮机工艺分析

1三联齿轮零件的机加工艺部分

汽车生产的特点是批量大，产量高，因此，在保证齿轮加工精度的要求下，机械加工工艺要力求高效便捷。

1.1齿轮的工艺部分

为了高效并且方便的加工出合格的三联齿轮，必须选择合理的材料，安排合理的加工工艺。

1.1.1三联齿轮的工作条件

汽车变速器三联齿轮的工作条件如下：

齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。

两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。

因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用；

传递扭矩时，在齿根部分受到很大的交变弯曲应力的作用；

在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载荷；

变速换挡时，端部受到冲击，承受一定的冲击力。

1.1.2三联齿轮的材料选择

其工作其工作性质决定了必须选择具备以下功能的材料：

高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；

齿面有高的硬度和耐磨度；

轮齿心部有足够的强度和韧性。

显然，作为制造齿轮的材料，陶瓷是不合适的，因为它脆性大，不能承受变速器中的冲击；塑料材质也不能承受很大的载荷。

所以，齿轮一般选用金属材料。

鉴于汽车变速器齿轮的工作条件和性能要求，选择40Cr钢。

40Cr钢，由于Cr的存在，使得其淬透性大大提高，并且，大大改善了钢的综合力学性能。

钢的抗拉强度可达850MPa,具有良好的综合性能。

表1.140Cr化学成分表（%）

C

Mn

Si

Cr

0.37~0.44

0.50~0.80

0.17~0.37

0.80~1.10

表1.240Cr机械性能

抗拉强度

（MPa）

伸长率δ

（%）

收缩率ψ

（%）

冲击韧性

980

9

45

60

切削加工性分析：

为了改善40Cr的锻造组织及切削加工性能，首先选择合理的预备热处理工艺，也就是才用正火热处理。

因为正火既可以细化晶粒，又可以改善切削性能，同时也有利于消除内应力。

正火后，锻造组织得到改善，硬度降低了，有利于切削加工，并为调质热处理做组织准备。

这样以来，在粗加工时，就可以去除大部分毛坯余量。

为了获得40Cr钢的良好的综合力学性能，需要进行淬火加高温回火热处理，也就是调质处理。

处理后的40Cr钢的组织是回火索氏体，它有较高的韧性、塑性和强度。

这样就为加工带来了不便，因此，在半精加工和精加工时，只能是小加工余量加工。

1.1.3三联齿轮的热处理及检验

三联齿轮三联齿轮的材料是40Cr钢，属调质钢，查热处理手册，其热处理工艺路线如下流程安排：

图1.热处理流程图

正火：

正火的主要目的是细化晶粒，提高40Cr的力学性能。

并且，正火的操作简单，生产周期短，能量消耗少。

因此在粗加工前设置正火，以便粗加工时大余量的加工。

调质：

调质=淬火+高温回火。

高温回火后的组织为回火索氏体，它的硬度为25-25HRC，这种组织的特点是综合力学性能好，在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。

调质热处理后，三联齿轮便可以获得较好的综合性能。

齿部高频淬火：

对于齿部及

槽，表面经常磨合，因此需要表面耐磨损，不易产生疲劳损坏,而心部要求有足够强度的塑性和韧性,所以,选择表面高频淬火来使钢的表面得到强化,以满足使用要求。

高频表面淬火是通过快速加热使钢表层奥氏体化,而不等热量传至中心,立即予以淬火冷却,其结果是表层获得硬而耐磨的马氏体组织,而心部仍然保持着原来的塑性、韧性较好的调质状态的组织。

经过以上热处理工序，便可以达到所需的材料综合性能。

所以，热处理是三联齿轮非常重要的工序。

1.2毛坯的设计

1.2.1毛坯种类的选择

锻造方法的选择：

合理选择锻造方法主要依据以下因素

1）锻造的形状和尺寸，

2）锻件材料，

3）锻件产量，

4）工厂设备条件。

与自由锻和铸造相比，模锻的优点：

1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以复杂；

2）锻件内部的锻造流件比较完整，从而提高零件机械性能和使用寿命；

3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工时间；

4）生产率高；

5）操作简单，易于实现机械化；

6）生产批量大，成本越低。

因此，毛坯采用模锻件。

也就是将加热后的坯料放在锻模腔内，在锻压力的作用下，迫使坯料变形而获得锻件的方法。

坯料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获得与模腔形状一致的锻件。

其轮廓尺寸更接近于零件尺寸，加工余量及材料消耗大大减少。

1.2.2分模面的确定

分模面是形成模锻件的模具分合面。

分模面的确定直接影响模锻件的成型、锻件出模材料的利用率等问题。

锻件分模面位置确定的主要原则是保证锻件形状和零件形状一致，并使锻件从锻模件中方便取出。

为此锻件的分模面应选择在零件具有最大水平投影的位置上。

而且，为了保证锻件质量和生产过程的稳定性，还要有下列要求：

（1）为了便于发现上、下模在锻模过程中的错移现象，分模位置应选在锻件侧面的中部。

（2）为使锻模结构简单，并防止产生上下模的错移现象，分模位置应尽可能用直线形状。

（3）确定分模位置时，应使金属充满模腔，锻模错移力得到平衡。

确定分模面位置时，其选取原则如下：

1．保证模锻件在模腔中取出（即在锻件最大尺寸截面上）；

2．最好将分模面选在模腔具有最小的深度上，使金属易于充满模腔，便于取出锻件，便于制造锻模；

3．沿分模面上的上、下模腔应外型一致，以便于生产中易于发现上下模对不齐而发生的错移现象。

根据以上原则，该锻件的分模面选择为经过轴线的水平面（即在最大水平投影尺寸的位置上M-M），如图

（2）所示：

图2.毛坯模锻

1.2.3圆角半径及拔模斜度

为了便于金属在型槽内流动和考虑模锻强度，在模锻件的转角处，应当带有适当的圆角。

在本模锻件中，圆角半径选用R3、R5、R6、R20。

在锻件上与分模面相垂直的平面所附加的斜度称为拔模斜度。

拔模斜度的功能是使锻件成型后能从模膛中顺利取出。

锻件上的拔模斜度会增加金属损耗和机械加工量

因此尽量选用最小的模锻斜度。

最常采用的外模锻斜度为

。

因此，此模锻件的模锻斜度均取

。

模锻的技术条件为：

（1）拔模斜度

；

（2）未注明圆角R3；

（3）分模面错移允差1；

（4）残余毛边每边允许1.8，最大3；

（5）其余尺寸公差按HB0-6-67；

（6）

类件；

（7）M-M为低倍实验取样处；

（8）热处理：

正火。

1.3三联齿轮的工艺规程设计

齿轮花键孔较长，加工时容易出现歪斜，因此采用先钻中心孔，然后镗孔，最后拉花键孔的方法，这样一来，可以保证花键孔的精度，同时，缩短拉刀的长度，提高

加工质量。

图3.零件图

1.3.1表面加工方法的选择

表面加工方法选择的任务是根据零件表面的质量要求，选择一套合理的加工方法，既保证表面质量的加工要求，又兼顾生产率和经济性。

一般，根据机械加工的经济精度来安排加工路线。

分析零件图，可知，零件表面的表面粗糙度等级共三种，分别是：

Ra10

，Ra5

，Ra2.5

根据机械加工的经济精度，按如下来安排加工路线：

Ra10

（槽

侧面）粗车

Ra5

（各齿顶圆、零件左右端面及未标注面）粗车→半精车

Ra2.5

（槽

侧面）粗车→半精车→精车

Ra2.5

（齿端面

、

、

）粗铣→半精铣

外圆尺寸公差等级有三种：

IT10、IT11。

根据机械加工的经济精度，按如下来安排加工路线：

IT10、IT11（

、

、

及其他外圆）粗车→半精车

内孔尺寸公差等级有一种：

IT7.

根据机械加工的经济精度，按如下来安排加工路线：

IT7（花键孔）钻孔→镗孔→拉孔

端面及沟槽尺寸公差等级有二种：

IT9、IT11。

根据机械加工的经济精度，按如下来安排加工路线：

IT9（槽

）粗车→半精车→精车

IT11（左右端面及齿端面）粗车→半精车

1.3.2加工阶段的划分

由于零件的表面粗糙度Ra最小为2.5

，因此，不需要光整加工，整个工艺路线划分为三个阶段，即粗加工、半精加工和精加工阶段。

1.3.3定位基准的选择

分析零件图，很明显，该三联齿轮多为端面和外圆车削，再加上该零件为回转零件，因此，选用端面作为定位基准比较合理。

粗基准选择

粗加工时，由于毛坯为模锻件，因此，不宜用未加工端面做基准。

先平端面，然后打中心孔，用中心孔的方法来保证回转中心的同心度。

精基准选择

精加工时，选用精基准，除了要考虑定位的准确外，更主要的是考虑位置尺寸和位置关系精度的保证，因此精基准的选择非常重要。

在选择精基准时考虑了一下几个原则：

基准重合原则。

即用工序基准作为定位基准。

一次装夹原则。

在三联齿轮加工时，零件一次装夹过程中，同时完成几个表面的加工。

基准统一原则。

在零件加工中，以端面为精基准，可以方便的加工其他尺寸，因此尽可能多数工序均采用这组基准定位，来加工其他表面。

便于装夹原则。

由于三联齿轮为回转零件，而且车削加工较多，因此选用三抓卡盘作为夹紧定位的夹具，既保证加工精度，又便于装夹。

基于上述原则，加工左端面时，选用右端面和外圆作精基准，加工右端面时，选用左端面及外圆作精基准。

加工花键孔时，以端面和外圆作精基准。

钻端面孔时以内孔和左端面作精基准。

1.3.4辅助工序的安排

热处理决定零件的使用性能和加工性能，因此是非常重要的工序。

具体流程见图1——40Cr热处理流程图。

中间检验。

因为齿轮加工和花键孔加工比较费时，而且加工费比较高，因此，加工前需要验证零件是否符合要求，否则，如果零件出现问题，等最后发现时，已经造成很多不必要的浪费。

所以，在齿轮加工和花键孔加工之前，设置中间检验。

校正花键孔：

高频淬火热处理可能对整个零件产生影响，使零件发生变形。

由于花键孔的精度很好，因此，必须保证花键孔不受齿面高频淬火热处理影响，所以在高频淬火后设置校正花键孔工序。

涂油、包装、入库。

由于汽车变速器三联齿轮属于大批量生产，加上它本身也是标准件，因此必须有合理的物流和仓库存储管理，来保证交付客户符合要求的产品。

1.3.5机械加工工序的方案比较

在安排机械加工工序时考虑了以下原则：

基面先行。

也就是先加工基准面。

先粗后精。

粗加工安排在前面工序，中间为半精加工，最后精加工。

先主后次。

也就是先加工比较重要的尺寸。

先面后孔。

由于平面轮廓平整，安放和定位都比较稳定，所以先面后孔，这样就可以保证孔面的位置精度要求。

基于上述原则，设计了三联齿轮机械加工时的工序方案：

工序号方案1工序号方案2

0下料0下料

5模锻5模锻

10正火热处理10正火热处理

15平右端面15平右端面

20打中心孔20打中心孔

25粗车外圆25粗车外圆

30平左端面30平左端面

35打中心孔35打中心孔

40粗车外圆40粗车外圆

45加工孔45加工孔

50镗内孔50镗内孔

55调质热处理55拉花键孔

60精车右端面60调质热处理

65车浅沟槽65精车右端面

70车深沟槽70车浅沟槽

75精车左端面75车浅沟槽

80车沟槽80精车左端面

85钻端面孔85车沟槽

90攻丝90钻端面孔

95锉修95攻丝

100中间检验100去毛刺

105插齿III105中间检验

110插齿

110插齿III

115插齿

115插齿

120铣齿右侧倒角120插齿

125铣齿左侧倒角125铣齿右侧倒角

130拉花键孔130铣齿左侧倒角

135去毛刺135去毛刺

140齿部热处理140齿部表面处理

145校正花键孔145校正花键孔

150最终检验150最终检验

155清洗155清洗

160涂油160涂油

165包装165包装

170入库170入库

方案一：

先钻端面孔（工序85），后加工花键孔（工序130）。

方案二：

先加工花键孔（工序55），后钻端面孔（工序90）。

分析：

调质热处理后，零件材料硬度增加，只适合小余量的精加工。

而拉削花键孔时，拉削余量大，拉削力大。

如果采用方案一的设计，大的拉削力容易使已加工好的齿产生变形，而齿部的尺寸为重要尺寸，因此采用方案容易影响零件的精度，故采用方案二。

1.3.6机械加工路线

三联齿轮的加工工艺为上述方案二。

下面对工艺路线加以详细说明。

1.工序5

工序5为模锻，获得齿轮的毛坯。

2.工序10

工序10为正火热处理，目的是细化晶粒，提高40Cr钢的力学性能，便于软车大余量加工。

3.工序15、20、25、30、35、40、45、50、55

这9道工序为端面和外圆的粗加工以及花键孔的加工。

工序15为平右端面。

由图纸可以清晰的看出，右端面为测量基准，因此为重要加工表面。

采用基准重合的原则，选右表面作为工序基准。

所以，首先加工右端面。

由于毛坯端面有拔模斜度，不宜用来做测量基准。

因此先平端面，讲端面车至与机体相平即可。

工序20为打中心孔。

中心孔对中性很好，能够保证内外圆的加工精度。

工序25为粗车外圆，可以去除大部分的加工余量。

工序30、35、40是以加工过的右端面和外圆作为定位基准，加工外圆及内孔，去除大部分余量。

上述工序采用互为基准的方法，目的是使加工余量均匀，并使加工后表面位置比较准确。

工序45、50、55为孔的加工。

对于花键孔，要求精度比较高，因此，采用先钻后镗再拉的工艺安排。

工序60为调质热处理。

工序60为调质热处理，使材料具有较好的塑性和韧性，三联齿轮可以获得较好的综合性能。

4．工序65、70、75、80、85

这5道工序为端面及外圆的精加工。

工序65为精车右端面，工序70加工外圆和浅沟槽，到此，精基准就加工完成。

工序75为深沟槽的精加工。

工序80为精车左端面，工序85加工外圆和沟槽。

5．工序90、95

工序90为钻端面孔，在这道工序里，完成右端面6个

孔的加工，紧跟钻孔，工序95完成6个M4的螺纹孔的攻丝。

6．工序100、105

工序100为去毛刺，主要是去除钻孔时造成的毛刺。

工序105为中间检验，为满足车间转换需求。

7．工序110、115、120、125、130

这5道工序完成齿轮的加工。

工序110、115、120分别为齿轮

、

、

的加工，采用插齿的方法加工。

工序125、130为齿侧倒角的加工。

8．工序135、140

工序135为去毛刺，去除齿加工造成的毛刺，为下一道工序做准备。

工序140为齿部表面处理，包括齿部及槽

的高频淬火和表面磷化处理。

9．工序145、150

工序145为校正花键孔，保证花键孔的精度。

工序150为最终检验。

10．工序155、160、165、170

这四道工序完成三联齿轮的清洗、涂油、包装和入库。

1.4工序尺寸确定

1.4.1主要表面径向尺寸的选择

在三联齿轮的加工过程中，加工表面的最终尺寸和公差可以直接按零件图要求确定，而中间工序的尺寸则是根据加工过程中的具体要求而定，加上或减去余量而获得的，采用“从后向前推”的方法，由零件的最终尺寸加上余量推算出毛坯的尺寸。

直径

、

、

外表面

，Ra2.5

。

经粗车→半精车

各工序尺寸确定如下：

工序号

工序内容

加工余量

加工精度

工序尺寸

60

精车外圆

1.8

IT10

25

粗车外圆

2.2

IT12

毛坯的加工余量为4，故毛坯的尺寸为

。

直径

外表面

，Ra5

。

经过粗车→半精车。

各工序尺寸确定如下：

工序号

工序内容

加工余量

加工精度

工序尺寸

60

精车外圆

1.5

IT10

25

粗车外圆

3.0

IT12

毛坯的加工余量为4.5，故毛坯的尺寸为

。

直径

外表面

，Ra5

。

经过粗车→半精车。

各工序尺寸确定如下：

工序号

工序内容

加工余量

加工精度

工序尺寸

75

精车外圆

1.5

IT10

40

粗车外圆

3.0

IT12

毛坯的加工余量为4，故毛坯的尺寸为

。

花键孔

花键孔

，Ra5

。

经过钻孔→镗孔→拉孔。

工序号

工序内容

加工余量

加工精度

工序尺寸

55

拉花键孔

0.5

IT7

50

镗内孔

1.0

IT11

45

钻内孔

20

IT12

1.4.2轴向尺寸的确定

槽

的轴向尺寸要求较高，为IT9精度。

图4.槽

零件图尺寸

由图4零件图尺寸可知，加工顺序为先右端面，再台阶面，最后是槽。

零件轴向尺寸除槽

外没有特别精确的要求。

1.5有关工序机床，夹具，刀具，量具的选择

1.5.1金属切削机床的选择

机床的选择原则如下：

（1）机床的工作精度与工序的加工精度相适应；

（2）机床工作区的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应；

（3）机床的功率与刚度应与工件的性质和合理的切削用量相适应；

（4）机床的生产率应与工件的生产计划相适应。

根据以上原则和三联齿轮的零件特点选择如下机床：

（1）车削加工选择CA6140；

（2）齿轮加工选择YBJ5612；

（3）钻削加工选用摇臂钻Z3032；

（4）铣削加工选择X62W；

（5）拉削加工选择L6110-1；

（6）模锻加工选择MP-630；

（7）正火、调质热处理，选用调质、等温正火生产线LZ-24；

（8）高频淬火选用高频淬火机WH-

-160；

（9）去毛刺、钳工等选择钳工台。

1.5.2夹具的选：

汽车变速器三联齿轮为大批量生产，应尽量选用通用夹具和组合夹具，因此选用如下夹具：

车削用：

三爪卡盘+尾顶尖；

钻床用：

专用夹具（见第3部分—夹具设计）；

热处理用：

通用料盘；

铣齿和插齿用：

专用夹具；

拉床用：

专用夹具。

1.5.3刀具的选择

为了保证加工精度，同时保证经济性，选用如下刀具：

硬质合金

车刀：

用于外圆的半精加工。

硬质合金

车刀：

用于外圆的粗加工。

硬质合金

车刀：

用于端面的粗加工，半精加工。

沟槽刀：

用于深、浅沟槽的加工。

高速钢钻头：

粗加工孔径。

W18Cr4V高速钢拉刀：

用于矩形花键孔的加工。

插齿刀：

用于三个齿轮的加工。

角度铣刀：

用于齿侧倒角的铣加工。

1.5.4量具的选择

鉴于所有尺寸的要求，选择标准统一，精度合适，使用简单，易于操作，测量的成本也较低的量具。

在中间检验和最终检验所用的测量方法：

（1）长度和深度：

采用游标卡尺和深度尺。

（2）内孔、外圆：

游标卡尺，外径千分尺。

（3）角度：

专用角度样板。

（4）圆角：

倒圆样板。

（5）粗糙度：

粗糙度对比块。

（6）形状位置精度：

百分表。