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（%）CMnSiCr0.37~0.440.50~0.800.17~0.370.80~1.10表1.240Cr机械性能抗拉强度（MPa）伸长率δ（%）收缩率ψ（%）冲击韧性98094560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，它的硬度下料锻造正火粗加工调质精加工齿部高频淬火为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043.0012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：MM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o7。因此，此模锻件的模锻斜度均取o7。模锻的技术条件为：（1）拔模斜度o7；（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）II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。BB放大比例：3:1R0.5其余：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：Ra10m，Ra5m，Ra2.5m根据机械加工的经济精度，按如下来安排加工路线：Ra10m(槽043.0012侧面)粗车Ra5m(各齿顶圆、零件左右端面及未标注面)粗车→半精车Ra2.5m（槽043.0012侧面）粗车→半精车→精车Ra2.5m（齿端面I、II、III）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（022.0-95、019.0-5.72、016.0-50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043.0012）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2.5m，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20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II110插齿III115插齿I115插齿II120铣齿右侧倒角120插齿I125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