应用先进技术提高齿轮加工水平

26/26应用先进技术提高齿轮加工水平上海汽车齿轮总厂唐宝国前言：随着国民经济的进展，制造技术作为基础工业的一个重要组成部分，其作用愈来愈受到人们的关注。齿轮，是一个基础工业中的重要基础元件，它在汽车、冶金、纺织、航空等各个领域有着广泛的用途，因此提高齿轮的加工水平刻不容缓。我厂是一个生产汽车齿轮的专业工厂，80年代末往常，主导产品SH760轿车变速器，技术含量低，工艺复杂，装备滞后，工人劳动强度高，质量保证手段落后；种种因素，严峻制约了生产规模的扩张，产量的提高和成本降低，最高产量在一万台套左右/年，难以形成汽车生产的经济批量，规模效益差。桑塔纳轿车变速器制造技术和部分加工设备的引进，使我们看到了企业与国际先进水平的差距，通过思想认识的进步，大量的技术改造和设备更新，不断的工艺摸索，使齿轮加工的水平有了大幅度的提高；同比：单件齿轮的加工时刻由原来的六十二点一二分降低为二十七点三五分，生产效率提高127%，在短短的几年时刻内，生产批量由3000台/年提高到200000台/年，工厂经济效益大为提高，科技优势充分体现，成为一个国内领先的专业汽车齿轮生产企业。主题词：应用先进技术提高加工水平Santana轿车变速器齿轮情况介绍我厂引进生产的Santana轿车变速器系德国八十年代初期产品，该变速器结构紧凑，工作可靠，性能稳定，重量轻，选换档灵活，清晰，在机械类变速器中，以其独特的优越性，列国际先进水平。变速器设计形式为双轴全同步纵置式前桥驱动变速器，带有差速器主传动输出机构。目前生产有四档变速器，五档变速器两种，传动齿轮均为设计齿形和设计齿向。齿轮精度等级，相当于国际GB10095—88的7—6—6级，比之原来产品SH760变速器的7级，精度提高了一级左右。因此在齿轮生产中，不管是毛坯制作，机械切削加工，齿轮热处理和热处理后的磨削加工，在加工手段和检测手段等方面，提出了更高的要求。由于生产钢领逐年翻番，为了不断提高质量和降低生产成本，只能通过科技进步和先进的科学治理方法，通过不断进行技术改造、工艺改进、设备更新才能实现。本文将重点讨论盘类齿轮的生产工艺。齿轮工艺分析如图2—1为典型的档位齿轮结构图从图中我们能够清晰地看出：齿轮所要加工的是：热前：车前成型端面油槽结合齿成型及倒锥加工结合齿梅角齿轮成型，并达到精度要求（应用粗、精加工）图2-1档位齿轮结构图热处理热后加工：a.孔径磨削；b.锥孔磨削；c.端面磨削；d.消除毛刺按传统的加工工艺，要完成如此复杂的工作量，需通过45道工序，其程序如下：由此可见，1，技术要求不易保证，操作者劳动强度大，单件耗进长达62.12分钟。按现有的技术水准和先进设备，我们对工艺进行了优化设计，在具体工作中，我们本着优化加工过程为目的，即：以提高工件的加工质量为目的，缩短节拍时刻，降低夹具、刀具的成本，有效地采纳新技术，掌握了几个关键的要素：选择能满足技术要求和生产能力，国际或国内最新型的加工设备；优化工艺，使工艺流程缩到最短，并确保每道工序能满足零件整体的技术指标；优化选择各道工序所需的刀具并配有合理的切削参数；选择使用能提高零件精度和刀具寿命，易回收无环境污染的冷却液；配合已选用的设备和刀具，自行设计制造或购买能保证零件几何精度和只需少量装卡时刻的夹具。在进行加工工艺设计时，我们立足于以下的差不多要求。最大限度地减少工件的装卡次数；最大限度地减少加工过程中的非切削操作；设计采纳带有装卡定位机构的夹具；尽可能减少刀具数量以达到：a.提高各工序的加工质量；b.减少换刀时刻；通过技术改造，工艺优化设计，加工程序缩至26道，单件耗时缩至27.35分。工艺优化后的程序如下：优化的实质内容和效果。采纳精锻齿坯，大大减少了粗车工序，有些齿坯可直接进行精车。取消了铣削端面油槽的工序，在锻件上直接锻出。无拉孔工序，定芯孔径DH7直接由第一次精车时加工完成。精车加工二次装夹即可完成，大大缩短了车加工工序数量和加工时刻，减少了装拆次数。除齿轮的精度外，零件的其余各项几何形状及精度要求均一次性装夹加工完成，减少了工件在工艺流程中的非切削时刻。取消了零件的珩齿加工工序，高精度的剃齿加工及少变形的热处理工艺，已保证了齿轮的精度。增加了啮合听噪音去毛刺工序，在装配之前完成该工序，更显得省时、有用、高效；该工序对提高一次装配合格率起了专门大作用。SH760产品的一次装配合格率一般在85%~88%，在Santana变速器生产中一次装配合格率达98%左右，有时甚至达到99%。各道工序所选的加工设备均为当今国际上的先进水平和国内最高水平的设备，大多数设备带有智能操纵，自动进给，部分设备还具备动态自动检测和反馈，补偿功能。消除了生产过程中人为质量因素。加工状况介绍3.1锻件：齿轮锻坯系采纳HATEBURAMP50XL高速镦锻机锻制而成；它不仅具有专门高的生产效率（约90件/分），同是能确保有较精确的几何尺寸（直径尺寸公差0.5~1，长度尺寸公差0.6~1）。锻坯精化，是节约材料、降低消耗、降低成本，提高生产效率的重要环节。3.2车加工3.2.1精车一端，如图3—1为典型齿轮精车第一端加工工艺图关键尺寸精度为：孔径+0.025锻度7沉孔端面粗糙度Rt16孔径粗糙度Rt16设备选用：目前选用的设备有H2—053，CK7815图3—1精车一端工艺图设备有以下优点：加工范围广：直径从10mm~400mm；调整方便：可迅远地依照被加工零件的大小及形状调整切削加工程序；刀具自动回转：刀架最多可满足安装十二把（或十六把）刀具，并按预先编制的程序进行切削加工；适用面广：可满足切削内孔、外圆、切槽、倒角、钻、扩、镗、铰及锥度、圆弧、曲面等切削加工。刀具进给增补量细：X轴0.0005/PZ轴0.0001/P刀具选择：刀具的选择以提高加工质量以及保证质量的稳定性为前提，尽可能地选择合适多用途的刀具，以减少刀具的数量，（即减少换时刻）。工件实际质量：以D1+0.025孔径为统计对象，尺寸波动值0.0105。端面粗糙度Rt11.026114.6027；孔径粗糙度Rt12.832313.1287单件加工工时1分50秒3.2.2精车另一端面其余SKIPIF1<0图3—2精车另一端工艺图如图3—2是精车另一端面的加工工艺示意图：工艺关键：保证加工端面与基准端面的平行。设备先用：国产的数控车床（与精车第一端相同）夹具设计，应用双锥度弹性涨套，该夹具精度高，涨量适合，安装调整方便，工件的安装定位误差小，确保了加工出的工件符合工艺提出的精度要求。单件加工工时：35秒3.3插倒锥齿如图3—3是倒锥插齿及角度要求的示意图：加工结合齿倒锥，在工艺方法上有两种：图3—3倒锥插齿的加工及要求直接插出倒锥齿；插出直齿，轧制倒锥角度；随着加工设备的进步，插倒锥齿与插直齿，其加工出的工件，在精度上差不多相同，同时加工的时刻也相差无几，在此情况下，若选用插直齿再轧制倒锥，则不仅增加了设备的数量，同时也拉长了工艺流程，相应地投入也增加了。因此在零件条件限制的情况下，该工艺依旧要采纳的，如：内倒锥；因此在一般的外倒锥加工上，我们厂都采纳一次直接插处锥齿的工艺。设备选用：目前我们厂选用的是YSN5120插齿机。性能特点：YSN5120插齿机系高速插齿机，最大可加工工件直径200mm，模数4mm，该机床钢性充足，结构新颖，生产效率高（最高冲程1250次/分），除具备一般插齿机的功能外，该机床还具备粗精插双速自动变冲程，圆周进给，径向进给无级调速，粗精插预选自动变速功能，设备功能齐全。参数选用：冲程：粗500次/分，精1000次/分周围进给：0.39~0.59mm/冲程径向进给：0.34~0.51mm/冲程工件精度：应用该型号设备加工出的零件其精度符合工艺要求，齿形误差0.02，相邻齿距误差0.013，齿距综合偏差0.04，齿圈径跳0.04齿面粗糙度达RZ16~23。单件工时：1分钟。3.4梅角梅角：随着生产批量的逐步扩大，目前采纳的有单头梅角，双头梅角，双头半自动梅角等较为先进的加工设备，我厂多数采纳了双头自动梅角机。图3—4梅角加工及要求设备选用：YXN9332高效齿轮倒角机性能特点：碗形端面铣刀，双刃同时切入进行齿端倒尖角，插入式加工方法，由分度盘及定位齿精确定位，主轴间断分度时，刀具没被切齿面作轴向冲程行动，工件每分一次，刀具往复冲动一次，完成切削。工件的尖角角度、高度方向的角度，尖刃对称度等，能够通过调整刀具头架的结合角度容易地获得，尖拱形角的形状，则由刀具的切削刃形状所决定。单件加工时刻仅为30秒。3.5齿形加工：齿形加工是齿轮加工中最关键的工序，随着工艺的优化，设备保障能力的提高，尤其是热处理设备及技术的进步，热变形减少到了最小的限度。我厂对适应大批量生产的工艺编排，采纳了滚(或插)、剃工艺。3.5.1滚齿(或插齿)滚齿(或插齿)是齿轮形状加工的粗加工工序，一般情况下，只要零件的几何形状许可，首先采纳的滚齿工艺，因为滚齿的工件精度要求较插齿更容易操纵，且生产效率高：而在零件的几何形状受到限制时，则加工就必须选用插齿工艺。因精加工(剃齿)能提高齿轮的齿形、齿向、相邻，综合齿距及径向跳动误差等，因此在粗加工时，可适当放宽一些对其精度要求的限制(待剃齿时修正)。如此可提高各道工序加工的经济性。设备选用：滚齿：现国产的滚齿机在精度和生产效率方面一般已能满足齿轮粗加工生产的要求，对我们厂的小模数齿轮，选用的是YB3120、YX3120、YXN3120等型号的滚齿机，这类型的滚齿机均带有半自动切削循环、自动夹紧、自动窜刀装置等，机床刚性和抗扭振能力充足，电气由可编程序操纵器操纵，这些功能的配备，保证了机床能达到齿轮粗加工所要求的精度和具备较高的切削速度。插齿：由于汽车变速器的档位齿轮差不多上具有螺旋角的，在插齿机上要插出螺旋齿轮，插齿机主轴必须配有专门螺旋角的导套，且与齿轮的螺旋角要高度一致，如此才可能获得较理想的齿向状况；在设备选用是，一般的方法是托付专业机床厂依照齿轮螺旋角的角度，在通用插齿机上对应加工出专用的螺旋导套；我厂现用的插齿机是YSZ5120、YSN5120二手进口LORENZ插齿机。这些设备在整机性能上仍满足原设备的加工能力，在精度上，一般专门订货时就注明要通用精度比原精度提高一级，螺旋导套的精度，必须完全满足零件的工艺要求，同时具备一定的精度储备量。切削参数：滚齿：线速度70mm~75m／min垂直进给速度1.5～2.1mm／r插齿：冲程375次／分园周进给量0.15—0.25mm／次径向进给量0.17—0.34mm／次切削时刻：滚齿：2—2.25分／件插齿：2.4—3分／件注：滚齿件的速度是插齿件速度1.1—1.36倍3.5.2剃齿剃齿是齿轮形状加工的精加工工序，它是整个齿轮加工工序中的最关键工序之一；一方面剃齿要修正齿形粗加工时所降低的齿轮精度，另一方面，考虑到热处理的变形，在齿形、相邻、综合齿距误差等方面要适当提高精度，在齿向方面，要依照热处理的回直量，要适当放大齿向的角度，唯有如此，才可保证齿轮在热后达到成品要求。剃齿的方法有传统的轴向剃和先进的径向剃齿替代传统（一般）剃齿，因为采纳径向剃齿不仅生产率大为提高，在刀具耐用，机床刚性等多方面都有其卓越的优越性，尤其是对有专门设计要求的齿形、齿向，则其优越性更能体现。如图3—5齿形、齿向设计要求图：图3—5设计齿形、齿向要求图设备选用：本厂选用的设备有进口的HURTHZS—120T，ZS—240T径向剃齿机，国产YWA4232万能剃齿机。HURTH剃齿机，以其机床刚性好，切削速度高，进给可调范围广加工程序可编性强，确保了加工出的工件精度符合工序要求，同时在加工机床上还配置了自动上下料机构，减少了操作者的劳动强度和辅助时刻提高了劳动生产率。国产YWA4232机床在加工工艺和加工性能方面，现逐步接近了进口机床的水平；缺乏自动上下料机构，在机床刚性方面还需逐步完善。加工时刻：单件35秒工件精度：如图3—6为剃齿后的工件精度实例图3—6剃齿后的工件齿形、齿向3.6热处理热处理是齿轮加工的又一关键工序，热处理水平的高低，直接阻碍着齿轮的成品精度。我厂使用的热处理设备是奥地利进口的AICHEIN多用炉和德国进口的IPSEN连续炉，设备采纳微电脑自动操纵，集清洗，渗碳，淬火诸工序于一体内，温度及升温速度自动检测并反馈到操纵中心，自动调整，从而使工件热后质量得到了保障。如图3—7为齿轮热前，热后精度对比曲线。图3—7（a）齿轮热前齿形、齿向曲线图3—7（b）齿轮热后齿形、齿向曲线3.7磨削加工磨削加工是齿轮机械加工的最后一道工序，它的作用是保证齿轮孔径和结合齿锥面的圆度、粗糙度和几何尺寸及形位公差，在一般的加工条件下，孔径和锥面的磨削是按程序分二次进行的，先磨削孔径，再以孔径定芯磨削锥面；随着设备的进步，孔径和锥面的磨削一次装夹即可完成；如此不仅保证了圆度，粗糙度和孔径，锥度几何尺寸的精度，同时也使锥度对孔径的径跳也极大地提高了精度，有效地保证了齿轮的成品精度，减少了辅助装夹时刻，提高了生产效率。图3—8是齿轮孔径和锥度磨削的加工要求和工件装夹图图3—8（a）加工工艺要求图图3—8（b）工件装夹示意图设备选用：设备选用由意大利进口的NOVAM12—T—CNC数控内圆磨床。该设备整机刚性好，机床精度高，工作稳定性强，砂轮线速度高（孔径和锥度的砂轮线速度均可达到63m/s，进给平稳。单次进给量0.005mm，易获得专门高的表面粗糙度和圆度，工作程序由SIEMENS可编程序操纵器自动操纵，砂轮有自动修正系统，几何尺寸由Marposs自动检测仪检测，并将检测后的信号反馈至中央操纵系统进行自动调整，机床附有自动装夹机构和自动上、下料机构，减少了装夹误差，节约了辅助时刻，具有较高的精度和生产率。工件尺寸波动：0.005mm单件加工时刻：40秒孔径粗糙度Rz1.912.45锥面粗糙度Rz3.123.77图3—9是孔径和外锥的圆度状况3.8啮合听噪音去毛刺啮合听噪音去毛刺是依照德国差不多成熟的工艺方法，应用于本厂齿轮的去毛工序，其中工作原理是模拟变速器的工作状态，在给定的中心距上，安装相互啮合的标准齿轮的被测齿轮，以标准齿LSROUNDMESSRESULTSR37.842mmMeasNodeInternalO8.95um