汽车变速器齿轮工艺规程

摘要1第1章齿轮零件的分析2齿轮的工作状态分析及工作条件2齿轮的结构分析2齿轮技术条件分析2齿轮外表精度与粗糙度2外表间的位置精度3齿轮的其他技术要求3齿轮材料的切削加工性41.5齿轮零件图尺寸标注分析4齿轮的加工工艺分析4第2章齿轮毛坯的设计5毛坯种类确实定5毛坯的工艺要求5毛坯加工余量与公差5拔模斜度6圆角半径6第3章齿轮工艺规程设计8工艺路线的制定8加工方法的选择8加工阶段的划分8定位基准的选择9热处理工序的安排9辅助工序的安排9工艺规程的设计10有关工序机床、夹具、量具的选择说明12机床的选择12切削刀具的选择12量具的选择12夹具的选择12各工序机床、夹具、刀具、量具汇总13第4章磨内孔及端面夹具设计15专用机床夹具设计的根本要求和步骤15对专用机床夹具设计的要求15专用机床夹具的设计步骤16专用机床夹具的制造精度17磨内孔及端面夹具的选择17磨内孔及端面夹具工作原理简介18夹具零件的设计与选择18主要部件设计18其他部件的选择19总结21参考文献22摘要齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。汽车同步器变速器齿轮起着改变输出转速传递扭矩的作用，所以加工齿轮的要求相对要严格一些。变速器齿轮应具有经济精度等级高，耐磨等特点，以提高齿轮的使用寿命和传动效率，齿轮在工作时传动要平稳而且噪声要小，结合时冲击不宜过大。齿轮的经济指标主要表现为运动精度、工作平稳性、接触精度和齿侧间隙四个方面。一般，汽车的齿轮采用的是6到7级精度，根据齿轮不同的技术要求选择不同的加工路线。包括如何去选取毛坯的锻造方法，和毛坯的加工余量及毛坯的公差。工艺线路的制定，相关工序的机床夹具量具的选取，工艺尺寸公差，位置公差，以及粗糙度的选取，同轴度，圆度及垂直度的选取。关键词：齿轮毛坯设计，加工工艺路线，工艺性分析，加工的余量及其公差，磨齿夹具。第1章齿轮零件的分析齿轮的工作状态分析及工作条件变速器齿轮转速较高，温度和压力也很大。负责着发动机动力输出的重任，是变速器中非常重要的局部，还需要承受较大的外力，必须有一定的抗冲击能力，正由于变速器齿轮这种特殊的工作状态，变速器的齿轮必须有较高的强度刚度，而且在高速工作中，需要能承受循环载荷的能力。为了适应这种特殊的工作环境，需要在齿轮加工过程中，需要进行渗碳淬火与外表磷化等处理工序，以到达外表硬而心部韧的效果。还因为变速器齿轮齿齿面强度要求较高，必须对齿面进行强力喷丸处理，通过冷作硬化的效果，从而提高了变速器齿轮的疲劳强度，消除了外表的缺陷的问题。齿轮的结构分析分析零件，该齿轮为变速器第四齿轮，分别由两个单齿复合而成，各外表并不是十分复杂，但是为了保证工作过程中有润滑剂减磨，在大齿的一端的有四个油槽在圆周方向均布，这是在铸造过程中完成的。内孔为光孔，外表粗糙度要较高，而且要求有一定的光洁度，变速器尽量在满足强度要求的前提下，具有较小的体积与质量，以便于减小变速器自身的重量与体积，同时也要强度足够。齿轮技术条件分析齿轮外表精度与粗糙度如零件图所示：A齿面的粗糙度．精度IT5~IT6;内孔尺寸中φ70有配合要求，故其外表粮糙度要求也比拟高，精度等级IT7;油槽顶面也有粗糙度的要求，故在设计时要参加光整加工工序〔公差等级参考《几何量工公差的与测量技术》P17〕；一般载货汽车变速器和拖拉机变速箱齿轮的精度不低于8级，外表粗糙度不大于〔《汽车制造工艺学》〔第三版〕P120〕；其他外表粗糙度要求。为IT10-IT12级精度，精车加工外表即可保证。.2外表间的位置精度平面间的位置精度就是指平面内获取位置与其真实位置的符合程度，即形状位置到达一定的精度。如零件图所示，零件图D面、E面和F面三处具有形位公差要求：D面对于齿轮中φ70内孔轴线垂直度要求为，平面对要求为，从零件图的情况分析，D面作为有结合工作面的可能，故外表精度及其形位公差要求都比拟高，必须到达精度。E面：该面对于齿轮中φ70内孔轴线垂直度公差要求为，由于端面平面度要求为，那么此工件端面在工作过程中可能要与同步器结合，假设形位偏差过大，将导致齿轮倾斜，结合不牢。工作不稳定等后果。F面：该面对齿轮中φ70内孔轴线线垂直度要求为，这足为了防止工件在工作过程中齿轮倾斜度过于严重而于其他部位发生撞击，影响工作正常。齿轮的其他技术要求1．零件外表要进行渗碳淬火，使外表硬度到达650-800HV;2．以A齿根部为准，渗碳层深度为;3．心部硬度为513HV;4．强力喷丸处理〔磨齿后〕；5．外表电镀磷化处理；6．A齿面上加工成鼓形，必须修整鼓形量5-20um；7．加工D面油槽产生的毛刺，尖角平滑；齿轮材料的切削加工性在设计汽车变速器传动齿轮时，常用的加工材料有：20CrMnTi、20CrMo、20CrMnVB，40Cr、40MnB、45号钢等，在本次课程设计中选用20CrMnTi。20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%到0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮。其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi外表渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，特加工变形微小，抗疲劳性能相当好。硬度低但切削变形小，属于易加工材料。从材料角度看，符合此零件加工的根本要求，切削加工性好。20CrMnTi是一种应用广泛、用量很大的合金钢，是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的外表与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。用于制造汽车、拖拉机中的截面积尺小于30mm的中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件．20CrMnTi材料抗拉强度σb=1080N／mm².齿轮零件图尺寸标注分析画图和计算尺寸时，各面之问可以互相确定关系。但在工件上各面的形成却是有严格的先后顺序，尺寸的形成有严格的方向性、跟踪性。此零件图的标注多为轴孔类零件标注，对于有重要配合处，工件定位局部有较高的精度及形位公差要求。为了明确的表达各个加工面，我们对各加工面进行命名，如大端端面为E面，小端端面为H面。齿轮的加工工艺分析1)零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸尤其是加工面转接处的凹圆弧半径，一根轴上直径差不大的各轴肩处的退刀槽宽度等最好统一尺寸。2)内槽及缘板之间的转接圆角半径不应过小这是因为此处圆角半径大小决定了刀的直径，而刀具直径的大小与被加工工件轮廓的上下影响着工件加工工艺性的好坏。3)铣削零件底平面时，槽底圆角半径r不应过大，圆甬半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越差，效益也越低。零件结构相对较为复杂，零件的局部加工面精度要求较高，所以此零件的加工有一定难度。从零件的尺寸和形状位置要求来看主要保证工件的外表粗糙度。对于端面及齿面的加工，采用数控车床进行粗车和精车可以到达加工要求；粗糙度要求较高的加工外表在粗车和精车之后通过精磨到达最终加工要求；内孔的光洁度及尺寸公差要求均较高，可以用先粗车，后精车，最后精磨,从而到达加工要求；最后采用强力喷丸机及电镀磷化处理提高工件的使用性能及耐磨性。第2章齿轮毛坯的设计毛坯种类确实定毛坯种类的不同，决定零件的材料、形状、生产性质及生产中获得的可能性。此零件毛坯外形比拟简单，只有四个沿中φ84mm圆周均布的油槽，另外作为变速器齿轮在工作过程中要承受较大力的作用，要提高材料的强度，所以使毛坯内部纤维对称于轴线，故采用模锻毛坯，工件中的四个油槽可以在锻造过程中直接锻造成型。毛坯的工艺要求毛坯加工余量与公差加工余量是指加工过程中，所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量和加工总余量〔毛坯余量〕之分。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差；加工总余量〔毛坯余量〕是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。对于本次课程设计零件,轴向毛坯余量选取4mm。拔模斜度模锻斜度是为了便于拔模，塑件壁在出模方向上应具有倾斜角度。模锻斜度的要求如下：(1)制品精度要求越高，拔模斜度应越小。(2)尺寸大的制品，应采用较小的拔模斜度。(3)制品形状复杂不易拔模的，应选用较大的斜度。(4)制品收缩率大,斜度也应加大。(5)增强塑料宜选大斜度，含有自润滑剂的塑料可用小斜度。(6)制品壁厚大，斜度也应大。(7)斜度的方向，内孔以小端为准，满足图样尺寸要求，斜度向扩大方向取得；外形那么以大端为准，满足图样要求，斜度向偏小方向取得。一般情况下拔模斜度。可不受制品公差带的限制，高精度塑件的拔模斜度那么应当在公差带内。在此零件中，在有顶出装置模具内锻造时，模锻外部斜度3°，内部拔模斜度为5°〔拔模斜度查《机械加工工艺设计实用手册》表69查得〕。圆角半径铸造圆角是不可无视的工艺要求，因尖角砂在浇注时容易造成冲砂、砂限和粘砂等缺陷，而且转角没有圆角过渡的铸件，会因容易产生较大的铸造应力而裂开。所以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。经查表，外圆角半径选取R2，内圆角半径选取R4〔相关内外圆角根据《机械加工工艺设计实用手册》表612查得〕。毛坯图参考A2图纸齿轮毛坯。第3章齿轮工艺规程设计工艺路线的制定加工方法的选择所选加工方法应考虑每种加工方法加工经济精度、零件材料可加工性、工件结构形状和尺寸，生产类型及工厂现有身产条件。加工外表技术要求是决定外表加工方法最重要因素。这些技术要求零件设计图样上所规定以外，还包括基准不重合而提高对某些外表加工要求，以及选择作为精基准而可能对其提出更高加工要求。加工外表技术要求，首先选择能保证该要求最终加工方法，然后依次向前选定各预备工序加工方法。主要加工外表工艺路线安排如下：大齿：粗车-精车-滚齿-磨齿小齿：粗车-精车-插齿齿轮内孔：粗车-半精-精车-磨削加工阶段的划分对于那些加工质量要求较高或较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：1)粗加工阶段：主要任务是切除各外表上的大局部余量，其关键问题是提高生产率，可进行几次粗加工。2)半精加工阶段：完成次要外表的加工，并为主要外表的精加工做准备。3)精加工阶段：保证各主要外表到达图样要求，其主要发问题是如何保证加工质量。4)光整加工阶段：对于外表粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的外表质量，还需要进行光整加工阶段。这个阶毁的主要目的是提高外表质量，一般不能用于提高形状精度和位置精度。定位基准的选择定位基准包括粗基准和精基准：粗基准：用未加工过的毛坯外表做基准。精基准：用已加工过的外表做基准。粗车右端面以大端外圆轴线作为基准夹紧，以左端面作为轴向的定位基准；粗车左端面以大端外圆轴线作为基准央紧，以右端面作为轴向的定位基准；精车左右各个面选择同上；滚A齿，插B齿以内孔轴线作为定位基准；磨削内孔及端丽止口以A齿分度圆圆心作为定位基准。热处理工序的安排为了提高硬度和加工性便于切削，减少工件材料中的内应力故采用证火处理。为了便于加工，正火处理应该安排存粗加工之前，毛坯锻造之后。为了保证零件工作正常，应该使外部较硬而心部较韧，因此采用渗碳淬火，为了粗车和半精车时方便加工，保证渗碳深度的均匀，将渗碳安排在粗加工之后，磨削加工之前。辅助工序的安排1.检验丁序分别有：中间检查、热处理前检查、最终检查。中问检验安排在滚齿在粗加工之后，热前加工安排在渗碳淬火之前，最终检验放在所有工序都完成之后。2.加工后对A齿喷丸处理集磷化处理，以改变工件的外表物理化学性能，使齿轮外部较硬而心部较韧。3.为了保证齿轮的加工要求，热前检验及对A齿进行喷丸处理之前要对工件进行清理。工艺规程的设计总工艺路线：00锻造毛坯、热处理05粗车小端端面外圆至φ95.5粗车小端端面保证工序尺寸48.4eq\s(0,-0.25)，3粗车内孔至尺寸Φ66车倒角2×45°10粗车大端外圆至φ128.9粗车大端端面，保证工序尺寸46.8粗车止口，保证工序尺寸φ95,41.3半精车内孔，保证工序尺寸φ倒角2×45°15精车小端外圆，保证工序尺寸φ精车小端端面，保证工序尺寸车端面空刀槽，保证工序尺寸φ88车锁环槽，保证工序尺寸φ90倒角，保证工序尺寸45°，10°。20精车大端外圆，保证工序基准φ精车大端端面，保证工序尺寸精车止口，保证工序尺寸φ,,保证垂直度公差，平面度公差精车内孔，保证工序尺寸φ，倒角保证工序尺寸2×45°25中间检验未加工齿轮前尺寸形状检验30滚大端齿保证分度圆直径φ121.672,齿根圆直径φ110.91235齿轮倒角，保证工序尺寸×45°40加工小端结合齿，保证工序尺寸，尺寸小端结合齿齿根圆直径φ87.75,分度圆直径φ9045钻3×φ4油孔，保证工序尺寸φ450清洗55热处理前检验，检验齿轮齿形精度60渗碳淬火，使外表硬度到达650-800HRC。65磨内孔，保证工序尺寸φ70,粗糙度磨大端端面，保证粗糙度，工序尺寸40.370磨小端端面，保证工序尺寸45,外表粗糙度，保证工序尺寸75磨齿，保证齿面粗糙度80清洗85对齿面强力喷丸90磷化处理95最终检验注明：工序间加工余量由《汽车拖拉机制造工艺设计手册》139页-148页。各个工序的加工方法的加工经济精度由《汽车制造工艺学》233页-234页。标准公差值由《互换性与技术测量》17页。有关工序机床、夹具、量具的选择说明机床的选择数控机床主要规格的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。即小的工件应中选择小规格的机床加工，而大的工件那么选择大规格的机床加工，做到设备的合理使用。机床结构取决于机床规格尺寸、加工工件的重量等因素的影响。下表列出了数控设备最常见的重要规格和性能指标。具体选择见切削刀具的选择20CrMnTi属于易加工合金钢，硬度较低，各种机床所带有的通用刀具就可以满足加工需求。具体选择见量具的选择正确合理的选用量具是保证产品零件质量的重要条件之一。但选择量具要考虑多方面的因素。例如，测量误差和加工误差之间的分配，被测对象的精度要求，结构尺寸的大小、形状、重量和所用的材料，加工的工艺条件、批量、使用测量器具的精确度和经济性等等。因此选择量具是一个比拟复杂的问题。要正确合理地选用量具，必须根据实际情况进行具体分析。本文以保证测量精度为前提，并考虑经济，操作使用方便等问题。具体选择见夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个根本要求，一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能防调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点。1.单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。2.在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。3.零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时问。4.夹具上各零部件应不阻碍机床对零件各外表的加工，即夹具要敞开，其定位、关紧机构元件不能影响加工中的走刀〔如产生碰撞等〕。5.为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动成液压夹具。此外，为了提高数控加工的效率，在成批生产中还可以采用多位、多件夹具。例如存数控铣床或立式加工中心的工作台上，可以安装组合夹具。在此零件的加工过程中，除了滚齿，插齿与各个面的磨削加工需要设计专用的夹具外，其他加工工序只需要通用夹具即可〔如三爪卡盘〕。具体选择见各工序机床、夹具、刀具、量具汇总00毛坯锻造：央具：毛坯型模5-15齿坯加工：机床：S3-242数控车床央具：通用三爪卡盘刀具：车刀〔具体型号见标准〕量具：长度测量用游标卡尺，角度测量用角度样板20齿坯加工：机床：LB-157数控车床央具：通用三爪卡盘刀具：车刀〔具体型号见标准〕量具：长度测量用游标卡尺，角度测量用角度样板25J中间检查：量具：游标卡尺、角度样板、专用量具30滚齿：机床：YBA3132高效滚齿机央具：专用夹具35齿端倒角：机床：YA9320齿轮倒角机夹具：通用夹具刀具：车刀量具：角度仪器40加工小端结合齿：机床：YS5120高速插齿机央具：通用夹具刀具：插齿刀量具：万能测齿仪45钻油孔：机床：ZF047液压半自动机床夹具：通用夹具刀具：麻花站量具：内径千分尺50清洗：机床：QXLB-80喷淋式清洗机55J热处理前检查：量具：游标卡尺、角度尺、万能测齿仪60渗碳处理：机床：CJ4462双排渗碳机65磨内孔及大端端面：机床：F115内孔端面磨床央具：专用央具刀具：砂轮量具：游标卡尺、内径千分尺70磨小端端面：机床：MG7340高精度卧轴圆台平面磨床夹具：通用夹具刀具：砂轮量具：游标卡尺〔用样板法测量外表粗糙度〕75磨齿：机床：FKP3261蜗杆砂轮磨床央具：通用夹具刀具：砂轮量具：万能测齿仪80清洗：机床：通过性清洗机85喷丸：机床：HC-34强力喷丸机90磷化处理：机床：磷化95J最终检查：量具：万能测齿仪、游标卡尺、角度样板、专用量具〔检查形状位置公差等〕第4章磨内孔及端面夹具设计专用机床夹具设计的根本要求和步骤对专用机床夹具设计的要求专用机床夹具设计必须满足的各项技术要求：1)央具设计应满足零件加工工序的精度要求。保证工件加工的各项技术要求是设计专用机床夹具的最根本要求，包括正确确定定位方案、关紧方案，正确确定的对刀、导向方式和合理制定专用机床央具的技术要求等。2)夹具元件应满足通用化、标准化、系列化的“三化”要求。尽量采用结构成熟的标准夹具元件、标准的夹紧结构等减少非标准零件，以提快乐具的标准化程度，缩短央具的设计和制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具的制造周期及制造本钱。3)应能提高加工生产率。在大批量生产中，专用机床夹具的主要功用是为保证工件的加工要求和具有一定的生产率。为保证较高的身产率，可以采用机动夹紧装置，如气动、液压等机动关紧装置。中小批生产中，由于受到生产条件的限制，为到达良好的经济性和发挥专用机床央具的功能，以保证工件的加工要求为主，应尽可能使夹具结构简单，广泛使用单件加工和手动加紧结构；在条件允许的情况下，也可考虑采用可调整机床夹具、成组夹具和组合夹具等4)县有良好的结构工艺性：便于制造、检验、装配、调整、维修。所设计的专用机床夹具应便于制造、装配、检测、调整和维修。对于夹具上精度要求高的位置尺寸和位置公差，应考虑能否在装配后以组合件的方式直接加工保证，或依靠装配时用调整的方法得到保证。5)具有一定使用寿命和较低的夹具制造本钱。为保证工件加工精度要求和夹具本身的精度不受破坏，以及加工中夹具不发生振动等，夹具结构应具有较高的刚度和强度。夹具安装在机床工作台上应具有良好的稳定性为此需要注意夹具底面轮廓尺寸与夹具高度尺寸应适当成一定比例。6)保证操作方便、省力、平安。为便于操作，夹紧机构的操作手柄一般应放在右侧或前面。为便于夹紧工件，操纵夹紧手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空问。要防止央紧机构的活动件与机床、刀具相碰撞。因此在设计时要认真查阅机床数据。同理，还要考虑去除切削方便、平安。专用机床夹具的设计步骤1)明确设计任务和收集设计资料在设计之前必须认真阅读任务书等技术文件的内容，认真研究有关资料，初步了解零件的功能、结构特点、材料，分析本工序使用的机床和刀具，研究设计任务书中规定的定位基准和加工要求等内容。2)拟定夹具结构方案，绘制夹具草图确定工件的定位方式，刀具的对刀、导向方式，工件的央紧方案，夹具其他组成局部的结构形式。并绘制夹具草图。一般均应按1：1绘制，以使所设计的夹具终行良好的直观性。总图的主视图，应选择与操作者正对的位置。3)进行必要的分析计算根据零件的尺寸进行尺寸设计，和其他零件的计算。列出需要使用的标准件。4)审查方案与改良设计对零件图进行审核，对不合理的地方进行改良，并且重新设计。5)绘制夹具装配总图夹具装配图样可按如下顺序绘制：将工件视为透明体用双点划线画出工件轮廓、定位基准、夹紧面和加工外表；画出定位元件和导向元件；按夹紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述个组成局部联结成一体，形成完整的夹具；标注必要的尺寸、配合和技术条件；对零件编序号，填写零件明细表和标题栏等。6)编写专用机床夹具设计说明书。专用机床夹具的制造精度专用机床夹具装夹工件的主要目的是为了保证位置公差等要求和工件被加工外表的位置尺寸。专用机床夹具制造精度主要包括以下内容：夹具个定为元件本身的制造位置精度。央具定位元件之间的尺寸和位置精度。夹具定位元件和对刀元件、导向元件问的位置尺寸和位置精度。夹具定位元件相对于机床夹具安装基面间的位置精度。夹具对刀元件、导向元件相对于夹具安装基面间的位置精度。铣床央具定位元件、对刀元件相对于央具定位键侧面间的位置精度等。磨内孔及端面夹具的选择齿轮热处理后的磨内孔是齿轮加工常遇到的工艺问题,制作一个好而实用的夹具对于提高产品质量和效率,降低本钱,显得尤为重要,采用增力机构可提高夹紧力并使结构紧凑、使夹紧更可靠,具有较高的经济性。在机床上加工工件时，为使工件上加工出来的外表到达规定的尺寸与要求，在加工前必须使工件在机床上或央具中占有正确的位置。本工序为磨内孔及端面，以膜片弹簧和夹具卡销进行定位，尺寸精度由夹具保证。使用膜片弹性夹爪作为夹紧装置，在插销和压紧卡爪的作用下进行加工。磨内孔及端面夹具工作原理简介当压盘不工作状态时，卡爪内径小于工件被夹持外表的外径。薄壁盘在推力的作用下产生变形使卡爪向外张开，卡爪内径大于工件被央持外表的外径，工件可以放入；推杆后退后，作用在薄壁盘上的推力消失后，由于工件被央持外表的外径大于卡爪内径，所以薄壁盘没用完全恢复到原来的位置，而是保持一定的残余弹性变形，工件即被薄壁盘的弹性恢复力定心和兴紧。剩余弹性变形越大，那么夹紧力也越大。弹性盘为定心和夹紧元件，用螺钉和螺母紧固在夹具体上，弹性盘有3个夹爪，爪上装有可调整螺钉，用于对工件定心和关紧，螺钉位置调整好后用螺母锁紧，然后“就地”磨削螺钉头部定位外表，以保证与机床主轴回转中心同轴。磨削应在夹爪有一定预张量的情况下进行，端面圆弧直径磨到被夹紧外表的