馮春亮

（青島膠東臨空經(jīng)濟(jì)示范區(qū)管委會，膠州 266300）

在汽車、機(jī)械與航天等多個領(lǐng)域中，許多用于生產(chǎn)制造的機(jī)械設(shè)備均包含齒輪軸這一部件。在一些小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)中，因為所用的機(jī)械設(shè)備較為分散，生產(chǎn)力較低，在齒輪珩齒加工中常常存在工藝缺陷，所以需要根據(jù)設(shè)計要求對加工工藝進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，以此來提高珩齒加工質(zhì)量，避免出現(xiàn)預(yù)檢不合格、珩磨輪打齒等情況，促進(jìn)提升整體加工水平，取得理想的工藝應(yīng)用成效。

1 汽車珩齒加工技術(shù)原理

在汽車制造業(yè)中，強(qiáng)力珩齒的應(yīng)用較為廣泛，以德國大眾的MQ 與DQ 系列變速器為例，其高速檔位多采用珩齒與磨齒相互嚙合的方式傳動。變速器是動力汽車中的主要部件之一，其傳動性能對整車運(yùn)動效果具有直接影響，若變速器傳動性能良好，且變速器整體具有噪聲效應(yīng)低、可承載沖擊力強(qiáng)、傳動速度快等特點，則需要使用精度較高的齒輪?，F(xiàn)階段，多采用強(qiáng)力珩齒、蝸桿砂輪磨齒工藝來提高傳動性能。但因為個別齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且蝸桿砂輪在經(jīng)濟(jì)性方面存在劣勢，所以強(qiáng)力珩齒工藝的應(yīng)用頻率較高。其加工技術(shù)原理主要為交錯軸齒輪內(nèi)嚙合，加工時，珩磨輪安裝在外側(cè)，設(shè)置在機(jī)床珩磨頭的位置，被加工對象安裝在內(nèi)側(cè)，設(shè)置在主軸上，珩磨輪中心與工件中心預(yù)留一定角度，即軸交角，如圖1 所示。由圖1可知，軸交角為β1與β2之和，其中β1與β2分別為工件和珩磨輪的螺旋角。零件齒輪與砂輪不但具有徑向切削力，且刀具砂輪還可順著軸向方向循環(huán)直線運(yùn)動，使軸向與徑向切削互相配合，從而構(gòu)成錯綜復(fù)雜的交錯網(wǎng)紋面，使齒輪嚙合更加穩(wěn)定，并延長該部件的使用壽命[1]。

圖1 強(qiáng)力珩齒技術(shù)原理圖

2 汽車齒輪珩齒加工缺陷成因與處理方式

2.1 預(yù)檢不合格

預(yù)檢對待加工工件精度的要求較高，但是在工件加工期間難免有一些雜質(zhì)附著在表面，有時還會粘在檢測輪上，此時可利用高壓風(fēng)槍進(jìn)行清理；若檢測輪磨損嚴(yán)重，同樣會影響預(yù)檢結(jié)果，此時可通過更換檢測輪的方式解決。另外，由于前幾道工序的偏差累積，而導(dǎo)致部分待加工工件自身質(zhì)量較差，也會導(dǎo)致預(yù)檢不合格，針對這種情況，可根據(jù)跨棒距尺寸、預(yù)檢跳動值等判斷這一工件能否使用，若徑向跳動值超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，或者臨近下限，則應(yīng)報廢；反之則可在對其進(jìn)行加工改進(jìn)后，繼續(xù)投入使用。針對待加工件齒厚較薄的情況，此類工件很容易產(chǎn)生廢品，基本沒有加工意義，可直接報廢處理。若工件齒厚較厚，加工時珩磨齒頂位置可能與齒根處相互干擾，從而使珩輪打齒風(fēng)險提升，因此也需要報廢處理。

2.2 珩磨輪打齒

珩磨輪材質(zhì)較為脆弱，在加工期間很容易出現(xiàn)打齒情況，且以整圈打齒為主，主要原因如下。一方面，滾刀設(shè)計不夠合理，滾齒在珩齒之前開展，此時若滾齒加工的產(chǎn)品與珩齒加工不匹配，如凸角設(shè)計偏小等，珩齒工件的漸開線根部便會產(chǎn)生較大的臺階，從而導(dǎo)致珩磨輪打齒。對此，應(yīng)在滾刀圖紙設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化，如適當(dāng)放大滾刀凸角等。另一方面，砂輪參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，在珩磨輪修正期間，若修正后齒長過長，在加工中齒頂勢必會與產(chǎn)品根部發(fā)生接觸，從而引發(fā)打齒。對此，可調(diào)整齒面參數(shù)，適當(dāng)減少修正工具中“齒長修正”的數(shù)值即可。

3 汽車珩齒加工工藝與缺陷改進(jìn)的實例分析

3.1 工藝特點

以MQ200 與MQ250 兩種類型的變速器齒輪為例，二者的加工形式基本相同，以滾齒倒棱、珩齒加工為主，但在具體加工工藝上有所區(qū)別。例如：MQ200使用滾齒倒棱一體技術(shù)，通過粗滾—倒棱—精滾的方式，有效剔除了倒棱在齒面上的高點，從而提高加工效率；MQ250 采用熱處理前焊接工藝，將齒輪、齒座與齒環(huán)相結(jié)合，構(gòu)成整個換擋齒輪。MQ250 所采用的工藝優(yōu)勢在于成本較低，缺陷在于結(jié)合齒環(huán)沒有后續(xù)加工，在熱處理后容易出現(xiàn)變形。珩齒工藝的特點在于增加一項“硬車加工”環(huán)節(jié)，即在熱處理完畢后，對配合面進(jìn)行車削加工，從而使精度滿足要求，這種方式的優(yōu)勢在于齒環(huán)不會在熱處理作用下發(fā)生變形，可使齒座與齒環(huán)充分配合，不足在于使用該工序會使投入成本增加[2]。

3.2 缺陷問題

在汽車齒輪精加工領(lǐng)域，珩齒加工屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它對珩前零件凈尺寸具有嚴(yán)格要求。因此，在正式加工之前，需要采用預(yù)檢系統(tǒng)對零件齒輪、預(yù)檢輪進(jìn)行雙向滾動測試，依靠中心距離預(yù)測偏心徑跳、高點等是否位于合理范圍。在大批量生產(chǎn)期間，與磨齒相比，珩齒加工缺陷的發(fā)生率更高，如預(yù)檢不合格、砂輪打齒等等，具體成因如下。

3.2.1 預(yù)檢不合格

導(dǎo)致該問題的原因主要是齒面存在高點，經(jīng)過熱處理后發(fā)生變形，從而使徑跳增加，加工余量過多或者不足。主要表現(xiàn)為MQ200 與MQ250 的不合格率分別為0.2%與30%。

3.2.2 砂輪打刀

導(dǎo)致該問題的原因主要是在加工期間切削力度過大、設(shè)備精度較低、刀具存在質(zhì)量問題等。主要表現(xiàn)為砂輪異常受損[3]。

3.2.3 齒面黑皮

導(dǎo)致該問題的原因主要是加工余量較少、設(shè)備精度較低、熱處理后變形不夠均勻。該問題導(dǎo)致的缺陷比例近似為0.1%。

3.2.4 尺寸不符合標(biāo)準(zhǔn)

導(dǎo)致該問題的原因主要是設(shè)備精度較低、刀具存在質(zhì)量缺陷、熱處理后變形不夠均勻。該問題導(dǎo)致的缺陷比例近似0.1%。

3.3 改進(jìn)方法

根據(jù)上文可知，MQ250 變速器的主要不足在于預(yù)檢不合格，缺陷不合格率在30%左右，主要成因在于齒面存在毛刺高點，從而導(dǎo)致在擠壓倒棱中難免在端面、齒面等處形成高點，如圖2 所示。對于端面上的高點，可采用毛刺刀將其剔除，但齒面上的高點仍然很難去除。一般在生產(chǎn)大批量產(chǎn)品時，針對預(yù)檢不合格情況，需要采取返修方式處理；針對較為嚴(yán)重的高點，可由技術(shù)人員手動去除；對于不嚴(yán)重的高點，可適當(dāng)增加預(yù)檢范圍，使不合格的零件也能夠達(dá)到預(yù)檢標(biāo)準(zhǔn)，但此舉很可能出現(xiàn)珩齒砂輪打刀情況。對此，本文提出兩種改進(jìn)方案，有效消除了該工藝存在的弊端[4]。

圖2 擠壓倒棱示意圖

3.3.1 方案一

針對預(yù)檢不合格的情況，可優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)工藝，在滾齒與倒棱的基礎(chǔ)上，利用剃齒機(jī)去掉齒面上的高點，再經(jīng)過熱處理后珩齒。此舉并不能徹底實現(xiàn)剃齒加工的目標(biāo)，只是在表面用剃齒設(shè)備緩慢地將齒面兩側(cè)的倒棱毛刺去除。滾齒倒棱后將零件送檢，根據(jù)檢測報告可知，齒輪兩側(cè)面均帶有毛刺高點，且毛刺較為顯著，高度在0.02 mm 左右；剃齒設(shè)備輔助去除高點后進(jìn)行送檢，根據(jù)檢測報告可知，齒面兩側(cè)的毛刺高點被徹底消除。前者未能順利通過預(yù)檢，在預(yù)檢設(shè)備中發(fā)出報警，并在檢測界面彈出“齒面高點”的提示；而后者順利通過預(yù)檢，這意味著剃齒設(shè)備的應(yīng)用可充分發(fā)揮輔助作用，充分剔除毛刺高點。在使用這種操作工藝后，MQ250 變速器的缺陷比例下降到了1%，預(yù)檢問題得到了妥善解決[5]。

3.3.2 方案二

此方案是優(yōu)化珩前毛坯質(zhì)量與加工余量，由此降低加工缺陷比例，具體措施如下：在熱處理之前實施剃齒工藝粗加工齒面，再利用滾齒倒棱、熱處理、珩齒加工。雖然剃齒與珩齒均屬于精加工，實際操作時選擇其中一種即可，但在珩齒之前實施剃齒可使粗加工效率更高，從而有效避免產(chǎn)生珩齒缺陷，具體操作如下。一方面，優(yōu)化珩齒余量。先利用剃齒工藝粗加工齒面，再對零件進(jìn)行兩次精加工，并重新劃分加工余量，使珩齒余量與常規(guī)值相比單側(cè)降低0.02～0.04 mm，剃齒余量與常規(guī)值相比單側(cè)降低0.02～0.05 mm。根據(jù)大量生產(chǎn)實踐可知，針對砂輪打刀問題可通過減少加工余量的方式解決，珩齒打刀不但會造成設(shè)備故障，還會降低生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率，進(jìn)而減少生產(chǎn)量，若未能及時處理，還會增加刀具與維修方面的成本投入。通過減少珩齒余量的方式，可使生產(chǎn)節(jié)拍提高3 s，從而使生產(chǎn)效率與產(chǎn)量得到極大提升。另一方面，優(yōu)化齒輪參數(shù)。針對齒形角、鼓形量、齒向角偏差等，可通過熱處理變形進(jìn)行校正，這種方式對珩前毛坯質(zhì)量也將產(chǎn)生一定影響，若變形過度，便會影響加工期間的切削力與預(yù)檢結(jié)果，從而使零件齒面形狀發(fā)生改變；若齒形角的偏差過度，還可能使零件黑皮，從而導(dǎo)致裝配后變速器會產(chǎn)生嚙合噪聲，但由于滾齒預(yù)修行能力較弱，只能使齒向角朝著偏差相同的方向調(diào)整[6]。

3.3.3 兩種方案對比

針對上述兩種應(yīng)用方案，通過質(zhì)量、效率與成本等方面的對比，可為汽車企業(yè)的生產(chǎn)工作提供參考依據(jù)。對于方案一來說，可妥善解決齒面倒棱高點、珩齒砂輪異常磨損、零件測量缺陷以及珩齒黑皮等問題，并降低打刀頻率，且珩齒效率不會受到過多影響，采用舊剃齒設(shè)備便可實現(xiàn)，刀具成本為每臺0.2 元；對于方案二來說，珩齒余量可降低0.02～0.04 mm，在修正余量與熱變形后，每年可使打刀砂輪數(shù)量降低0～5 片，并且避免了珩齒黑皮情況，生產(chǎn)節(jié)拍可提高3 s，每年處理打刀故障停臺的時間可縮短為1 200 min，成本每臺只增加2.1 元，若剃齒刀磨床中的零件能夠共用，則成本可進(jìn)一步降低。從整體來看，方案二在質(zhì)量、效率與成本方面更具優(yōu)勢，值得投入到實際生產(chǎn)之中。

4 結(jié)語

綜上所述，珩齒是汽車齒輪精加工方面的關(guān)鍵工序之一。為提高加工質(zhì)量與效率，本文提出兩種改進(jìn)方式，一種是在熱處理前利用剃齒設(shè)備輔助去除高點，另一種是用剃齒設(shè)備粗加工珩前毛坯齒面，兩種方式均可解決預(yù)檢不合格及砂輪打刀等問題。根據(jù)應(yīng)用結(jié)果可知，方案二在成本、質(zhì)量與效率方面更具優(yōu)勢，企業(yè)可根據(jù)實際情況酌情調(diào)整，使生產(chǎn)效率達(dá)到最大化。