內(nèi)斜齒具有較大的軸向承受力和較高的重合系數(shù)等特點(diǎn)，適合大功率傳輸，因此在大功率變速箱行星傳動(dòng)系統(tǒng)中普遍采用內(nèi)斜齒進(jìn)行傳動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)大功率自動(dòng)變速箱基本依賴進(jìn)口，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)仍不成熟。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，設(shè)計(jì)、制造的條件日趨完善，大功率自動(dòng)變速箱行星傳動(dòng)復(fù)雜內(nèi)斜齒齒圈制造技術(shù)的研究
內(nèi)斜齒齒圈屬于薄壁、易變形類零件，齒圈精度要求高，制造難度大，是行星傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零件。本文以某大功率變速箱中的內(nèi)斜齒齒圈為分析對(duì)象，進(jìn)行內(nèi)斜齒齒圈精度分析與控制的研究。
1 工藝特性 某大功率變速箱中的內(nèi)斜齒齒圈屬于薄壁、易變形類零件。材料采用38CrMoAlA鋼。內(nèi)斜齒按照GB/T 10095—1988標(biāo)準(zhǔn)，齒部精度要求較高（為7-8-8-HK），齒形Ff=0.013 mm，齒向Fβ=0.016 mm，周節(jié)累積Fp=0.045 mm，齒厚S=4.119 mm。
造成零件加工變形的主要因素是零件內(nèi)的殘余應(yīng)力、切削力和切削熱產(chǎn)生的應(yīng)力以及零件裝夾時(shí)的夾緊力等，因而如何合理選擇工藝方法及裝夾方式，消除應(yīng)力和變形，保證加工精度成為關(guān)鍵[1]。
2 精度分析 該零件毛坯為鍛造件。在鍛造過(guò)程中，由于零件的各部分冷卻時(shí)收縮不均，以及零件的金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，使其內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力的存在，直接導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形。即使零件在加工過(guò)程中的裝夾、切削等各個(gè)環(huán)節(jié)安排都很合理，由于受殘余應(yīng)力的影響，仍然會(huì)使零件產(chǎn)生變形。這種受殘余應(yīng)力影響的變形，往往在零件經(jīng)過(guò)切削加工后才明顯顯現(xiàn)出來(lái)；因此，受切削力、切削熱、夾緊力和殘余應(yīng)力等因素的影響，時(shí)常會(huì)發(fā)生精加工后零件尺寸及幾何公差超差的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢品[2]。
2.1 切削力及切削熱的影響
在切削過(guò)程中，由于刀具與工件的相互作用而產(chǎn)生切削力，零件受切削力的擠壓與拉伸而產(chǎn)生變形；同時(shí)，由于內(nèi)斜齒齒圈屬于薄壁圈類零件，切削零件時(shí)產(chǎn)生的切削力、零件阻礙刀具切削時(shí)產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形均使切削區(qū)溫度升高，產(chǎn)生切削熱，從而導(dǎo)致零件產(chǎn)生熱變形。
2.2 夾緊力的影響
因零件體積較大，若夾緊力偏小，由于切削力的作用，會(huì)使零件加工時(shí)產(chǎn)生松動(dòng)，甚至報(bào)廢；若夾緊力偏大，加工完成后松開(kāi)零件，則零件產(chǎn)生的彈性變形會(huì)影響到加工精度。
2.3 殘余應(yīng)力的影響
由于加工后破壞了零件內(nèi)部金相組織的平衡，其殘余應(yīng)力會(huì)重新分布，從而引起變形。
2.4 熱處理變形分析
氮化處理變形主要是翹曲變形。引起翹曲變形的原因是由于氮化前零件內(nèi)殘存的內(nèi)應(yīng)力未完全消除，導(dǎo)致氮化后的變形；另外，滲氮面不對(duì)稱及滲氮爐內(nèi)溫度不均勻、裝爐方式不恰當(dāng)?shù)染鶗?huì)導(dǎo)致變形。
綜上所述，內(nèi)斜齒齒圈屬于薄壁圈類零件，極易在加工中出現(xiàn)裝夾變形及加工應(yīng)力釋放變形，主要的變形形式為內(nèi)斜齒齒圈端面產(chǎn)生翹曲，內(nèi)孔及外圓產(chǎn)生橢圓現(xiàn)象。
3 控制措施 為了防止或減小零件在加工過(guò)程中產(chǎn)生變形，可采取對(duì)切削力、切削熱、夾緊力、殘余應(yīng)力和氮化等因素進(jìn)行控制的措施，來(lái)提高零件精度。
3.1 切削力及切削熱的控制
減小切削時(shí)的切削力可大大減小零件變形，所以，鍛造毛坯要精細(xì)化，減小毛坯余量。
齒坯粗加工時(shí)，吃刀量和進(jìn)給量可以取大些，并增加半精車工序，以減小工序間的車削量。
在插齒過(guò)程中，由于插斜齒要比插直齒時(shí)插齒刀同時(shí)參加切削的齒數(shù)較多，所以插齒刀的旋向選擇要與被切齒輪相同，且切削用量選擇要比插削外齒輪減少約20%～40%。插削直齒內(nèi)齒輪和斜齒內(nèi)齒輪示意圖如圖2所示，圖2中，1為插齒刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)；2、3為滾切分度運(yùn)動(dòng)；4為徑向讓刀運(yùn)動(dòng)；5為徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；6為插齒刀轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證零件齒部精度要求，刀具采用AA級(jí)插齒刀，材質(zhì)為S390，硬度為66～67 HRC。合理的切削參數(shù)見(jiàn)表1。
在零件切削中使用潤(rùn)滑液，不僅可以使切削力減小，而且可以降低零件表面粗糙度，同時(shí)由于零件未受切削熱的影響，其加工尺寸精度和幾何公差均可得到保證。
3.2 裝夾力的控制
為減少零件裝夾變形，采用端面定位和端面壓緊的方式對(duì)零件進(jìn)行加工。以零件的端面及外圓定位（見(jiàn)圖3），通過(guò)壓緊裝置將齒圈從端面壓緊。零件的壓緊力在端面上較均勻，不易變形。定位壓緊實(shí)物圖如圖4所示。
3.3 殘余應(yīng)力的控制
進(jìn)行毛坯正火處理，不僅能消除鍛造應(yīng)力，改善鍛造組織，而且能消除金屬內(nèi)的帶狀組織及網(wǎng)狀碳化物，得到均勻的內(nèi)部組織，為終熱處理打下基礎(chǔ)。在氮化前進(jìn)行預(yù)處理工序，即在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，得到單一的索氏體組織；在半精加工后進(jìn)行去應(yīng)力回火處理，可減小零件的變形，避免缺陷的產(chǎn)生。
3.4 熱處理變形控制
熱處理變形控制措施如下：1）齒圈在氮化過(guò)程中，合理采用緩慢、分階段升溫法，縮小零件內(nèi)外溫差，即在300 ℃以上每升溫100 ℃保溫1 h，可以減小零件變形；2）零件表面平面度的大小也是引起零件表面翹曲的因素之一，相應(yīng)在裝爐過(guò)程中配以支承夾具，可減小零件表面翹曲變形；3）零件裝爐需均勻。
4 工藝流程及研究結(jié)果 根據(jù)上述分析與控制措施制定出內(nèi)斜齒齒圈制造工藝流程如下：鍛造→粗車→熱處理（調(diào)質(zhì)）→半精車→粗插齒→去毛刺→熱處理（去應(yīng)力）→磨兩端面→退磁→精車→精插齒→去毛刺→中檢→插內(nèi)齒→去毛刺→熱處理（氮化）→入庫(kù)。
加工過(guò)程中出現(xiàn)的變形，通過(guò)熱處理應(yīng)力得以釋放，增加半精車加工工序及改善裝夾等方式，零件變形均得以有效控制。
零件經(jīng)過(guò)氮化處理后變形較小，變形后的尺寸及齒部精度均在合格范圍內(nèi)。
1）按照GB/T 10095—1988標(biāo)準(zhǔn)，氮化前齒圈齒部精度要求達(dá)到6-7-7-HK，齒圈齒形Ff=0.013 mm，齒向Fβ=0.016 mm，周節(jié)累積Fp=0.045 mm，齒厚S=4.119 mm。
2）按照GB/T 10095—1988標(biāo)準(zhǔn)，氮化后齒圈齒部精度要求達(dá)到7-8-8-HK，齒圈齒形Ff=0.018 mm，齒向Fβ=0.025 mm，周節(jié)累積Fp=0.063 mm，齒厚S=4.122 mm。
氮化后齒圈精度完全符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
5 結(jié)語(yǔ) 通過(guò)某大功率變速器內(nèi)斜齒齒圈精度分析與控制，有效解決了零件的變形問(wèn)題，提高了零件的加工精度和表面質(zhì)量，并制定出了合理可行的內(nèi)斜齒齒圈的制造工藝，同時(shí)該工藝流程的順利實(shí)施和后期的總結(jié)、提煉，可為今后類似零件的加工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。
