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主减速齿轮是轿车变速器一对重要的齿轮，在总成工作过程中长期啮合，通常精度要求较高；其中的从动齿轮由于结构原因，热处理变形比较大，同时其工作精度又受到与差速器壳体之间装配精度的影响。本文针对主减从动齿轮原有制造工艺存在的问题，提出了工艺优化方案，通过热变形控制、装配铆接以及磨齿的试验验证，确定了该工艺方案的可行性，实现了工作精度的大幅度提升，并减少加工工序，降低生产成本；其工艺控制指标可以直接应用于生产控制。 一款自主开发变速器采用横置式结构，差速器壳体总成部件集成于变速器之中。差速器壳体总成由差速器壳体和主减速从动齿轮两个零件铆接而成，两者之间的配合关系为过盈配合。总成部件的实际工作精度为铆接之后的齿轮精度，且各项精度 指标按6级(GB 10095)统一要求，精度要求较为严格。 一方面，从动齿轮零件本身由于结构原因容易产生较大的热处理变形；另一方面，从动齿轮在与差速器壳体铆接时齿轮精度会有一定损失，故依原有的将两个零件均加工至成品状态最后铆接的工艺难以保证齿轮的工作精度。 本文通过一系列的精度分析及热变形和铆接磨齿试验对主减速从动齿轮的制造工艺进行了优化，达到了保证精度的同时降低成本的效果。
意大利瑟肯PAC渗碳防渗涂料 （涂远：021-27228222、15316010013）  主减速从动齿轮的原制造工艺为先将齿轮加工至成品状态，再与差速器壳体零件进行装配铆接，经过对各项齿轮精度的检测，发现即使铆接前齿轮精度可以达到图纸要求，但由于铆接造成的齿轮精度损失，仍会导致总成部件齿轮工作精度超差，如图1所示。
图1 原有工艺铆接精度损失 这种磨齿之后铆接的工艺不仅铆接过程中的精度损失难以控制，而且由于磨齿的定位装夹需求，从动齿轮的内孔和端面必须进行热后硬加工，这也造成了制造成本的增加。 针对这两个问题，本文提岀从动齿轮热后不机加，直接与差速器壳体铆接，再进行磨齿加工的工艺。该工艺有两个问题需要解决：一是由于热后不进行端面内孔的硬加工，需严格控制零件的热处理变形；二是铆接之后差速器壳体总成部件磨齿的定位装夹及精度保证。 齿轮热处理变形控制试验如下。 装炉方式对热处理变形的影响：零件平装入炉和挂装入炉，如图2和图3所示。
图2 平装入炉摆放
图3 挂装入炉摆放 热处理后零件整体变形方式如图4和图5所示。
图4 平面度变化形式
图 ５ 内孔圆度变化形式 热后齿轮精度的变化如图6、图7所示。
图 ６ 平装入炉齿轮精度的变化
图 ７ 挂装入炉的齿轮精度变化
图 ７ 挂装入炉的齿轮精度变化（续） 可见，挂装入炉方式与平装相比，零件平面度得到了极大的改善，齿轮热后的Fp项指标也明显改善，这有利于磨齿余量最小化，并保证磨齿后淬硬层深均匀；考虑两种不同装炉方式的平面度与内孔圆度保证差异，以及实现热后定位表面不加工直接装配工艺的实现和最终齿面磨削制造性优化，我们选择挂装的方式入炉；鉴于内孔圆度对于齿轮与差速器壳装配过程控制的影响，实际生产改善了挂具的支撑位置，最终量产控制在热后内孔圆度不大于0. 06mm。 淬火压力确定：淬火压力决定齿轮零件热处理之后的内在质量保证，淬火压力越大，心部硬度越高，但热处理变形会越大，通过试验确定能够保证心部硬度的最低淬火压力，试验结果见表1。 表1不同热处理参数的内在质量保证
可见，对于试验零件材料（20MnCr5H，淬透性HRC30+4）, 满足设计内在质量的淬火压力应不小于19bar （1bar = 105Pa）。 淬火温度对于热处理变形的影响：为了降低热处理变形，探索不同淬火温度的影响。热处理参数是：挂装，真空渗碳+气体淬火，19bar淬火压力；淬火温度分别取890℃和840℃。试验结果如图8 所示。
图8 不同保温温度的齿轮热处理变化 可见，形位公差方面除内孔圆度外，其他项890℃均好于840℃，且内孔圆度两种温度相差很小；尺寸热后缩小方面：内孔直径变化规律一致性方面890℃略好于840℃ ，易于热前补偿和热后直接装配；齿轮精度fpt, Fp和Fr，890℃都好于840℃。 热处理变形控制结论：通过试验，试验齿轮最终采用的热处理控制方式为真空渗碳+气体淬火，挂装方式入炉，19bar气体压力，淬火温度890℃。保证内在质量渗碳层深0. 78mm，心部硬度366 (HV30)，几何变形齿圈平面度＜ 0.05mm，内孔圆度＜ 0.06mm，内孔尺寸精度公差0.035mm。  目前采用的装配铆接工艺为加热从动齿轮至80℃，热装于差速器壳体之上，再以铆钉压铆连接。 由于铆前内孔未经加工，故装配铆接会对从动齿轮整体圆度有一个校正作用，经检测齿顶圆圆度铆接后分布在 0. 03mm以内；而齿轮精度方面，在其他精度项基本不受影响的情况下，由于整体圆度被校正，齿轮径向跳动Fr项会有比较明显的改善。
图9 装配铆接后齿轮精度变化 磨齿夹具：量产采用蜗杆磨齿，工件立装，加工节拍快，切削力大，夹具的设计除了考虑定位精度的保证外，还需要保证加工过程的工艺系统刚性，试验夹具如图10所示，采用轴承颈定位，夹紧涨套自动定心驱动，辅助支撑夹具支撑差壳端面，尾座上顶尖夹紧。
图 10 蜗杆磨齿夹具 磨齿试验：磨齿后对齿轮精度进行检测，得到的精度检测报告如图11所示。
图 11 蜗杆磨齿精度检测报告 磨齿调试稳定后，连续抽取5件进行磨齿精度检测，关键精度项统计结果如图12所示。
图12 磨齿精度统计 可见，优化后的工艺方案量产应用后能够满足齿轮的工作精度要求。 本文对主减速从动齿轮的制造工艺进行了优化研究。确定了挂装的热处理装炉方式并优化了挂具结构；验证了热后定位面不加工直接与差速器壳体装配铆接整体磨齿工艺的可行性，实现了工作精度和生产效率的提升以及制造成本的降低；确定了适用于批量生产的工序控制指标。 |
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