重型變速器副箱中間軸總成加工工藝研究
發(fā)布時(shí)間：
2017-07-31 18:08
近年來，由美國(guó)伊頓公司于20世紀(jì)五六十年代設(shè)計(jì)的雙中間軸結(jié)構(gòu)變速器因其承載能力強(qiáng)、故障率低等特點(diǎn)已成為國(guó)內(nèi)重卡匹配的主力箱型。國(guó)內(nèi)多年的使用證明，副箱打齒是該類型變速器故障發(fā)生的主要原因。根據(jù)市場(chǎng)需求，我公司在新開發(fā)的雙中間軸變速器上采用圓柱螺旋齒輪替代圓柱直齒輪，以提高副箱齒輪嚙合系數(shù)，從而提高副箱承載能力，取得了較佳效果。同比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品，我公司重型變速器副箱壽命較競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可提高3～5萬km。
加工難點(diǎn)介紹
雙中間軸變速器因其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特殊，其核心技術(shù)在齒輪對(duì)齒，即雙中間軸變速器的齒輪在加工時(shí)需要做標(biāo)記，在裝配時(shí)需要進(jìn)行對(duì)齒。對(duì)齒的目的是：確保雙中間軸驅(qū)動(dòng)齒輪同時(shí)與主軸齒輪正確嚙合，使主軸齒輪與主軸同軸，并均勻分布載荷。
我公司設(shè)計(jì)的副箱中間軸總成由一副箱齒輪與一副箱中間軸經(jīng)壓裝焊接組合而成，其加工難點(diǎn)主要表現(xiàn)為：副箱中間軸總成兩齒輪的對(duì)齒精度、焊接強(qiáng)度，總成熱變形對(duì)齒輪齒向及齒距誤差的影響等。其中對(duì)齒精度最為關(guān)鍵，如不能正確地實(shí)現(xiàn)副箱對(duì)齒，齒輪嚙合不良會(huì)導(dǎo)致齒輪失衡而嚴(yán)重?fù)p壞變速器。
因圓柱螺旋齒輪的對(duì)齒精度較直齒齒輪的對(duì)齒更加敏感，也就是說，副箱齒輪總成的對(duì)齒精度除受到每個(gè)齒輪自身加工精度的影響，同時(shí)也受到焊接后熱變形（如軸向長(zhǎng)度的變化和焊接齒輪發(fā)生熱變形扭曲）的影響。多個(gè)復(fù)雜加工變量為成批大量加工此類零件帶來難度，使國(guó)內(nèi)主要變速器加工廠商紛紛放棄圓柱螺旋齒輪的對(duì)齒嚙合方式，退而求其次地采用圓柱直齒齒輪的對(duì)齒嚙合方式，從而犧牲了部分齒輪的強(qiáng)度及變速器壽命。
加工工藝分析
根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合公司現(xiàn)有的各種物質(zhì)資源和人力資源的條件狀況，我們確定了兩套加工工藝方案。
1. 方案一：采用壓裝焊接的方式完成副箱齒輪總成的加工，即熱前對(duì)副箱齒輪和副箱齒輪軸分別進(jìn)行滾齒加工，熱后對(duì)副箱齒輪和副箱齒輪軸分別進(jìn)行磨齒加工；然后采用熱壓的加工方式在專用對(duì)齒壓裝夾具上完成齒輪對(duì)齒輪軸的對(duì)齒工藝；經(jīng)檢驗(yàn)合格后，采用焊接的方式進(jìn)行焊裝加工；經(jīng)檢測(cè)后進(jìn)行分選，配對(duì)裝配。工藝流程如圖3所示。
(1) 基于齒輪及齒輪軸的對(duì)齒需要，我們采用氣動(dòng)定位夾緊的方式設(shè)計(jì)制造了專用壓裝夾具，分別對(duì)齒輪軸和壓裝齒輪進(jìn)行了粗、精基準(zhǔn)定位，保證壓裝對(duì)齒精度，保證熱壓狀態(tài)的穩(wěn)定性。
(2) 基于焊接熱變形的考慮，我們先后進(jìn)行了氣體保護(hù)焊接、激光焊接和電子束焊接的工藝試驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)：氣體保護(hù)焊的熱變形要遠(yuǎn)大于激光焊接和電子束焊接工藝。采用激光焊接的該零件，焊接熔池深度無法滿足產(chǎn)品圖樣要求；采用真空電子束焊接工藝則效果較差，原因?yàn)樵摿慵慕Y(jié)構(gòu)形式不適宜采用該種焊接工藝。最后，我們又回到采用氣體保護(hù)焊接的方式進(jìn)行加工，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，采用齒輪雙面焊接的方式（見圖5）進(jìn)行加工。
經(jīng)過多輪的焊接熱變形試驗(yàn)，我們基本掌握了該零件的熱變形規(guī)律，在前序壓裝工序進(jìn)行對(duì)齒反復(fù)調(diào)整，使加工工藝基本滿足了產(chǎn)品圖樣的需要。
（3）基于產(chǎn)品圖樣的精度要求，我們?cè)趬貉b和焊接后分別采用專用檢具進(jìn)行100%檢測(cè)，采用齒輪測(cè)量中心進(jìn)行對(duì)齒檢測(cè)抽檢確認(rèn)，并進(jìn)行配對(duì)裝配，確保裝箱零件100%合格。
此加工方案的優(yōu)點(diǎn)為：制造成本低，無需滾齒、磨齒等專用對(duì)齒設(shè)備。缺點(diǎn)為：焊接工藝受零件材料批次及前后熱處理工藝影響較大，批量生產(chǎn)熱變形控制存在一定風(fēng)險(xiǎn)，因此需要進(jìn)行100%全檢和配對(duì)裝配，增加生產(chǎn)組織的復(fù)雜程度，從而變相地增加了生產(chǎn)成本。
2. 方案二：采用整體中間軸的加工方式，即將齒輪和齒輪軸作成一體的形式，熱前采用對(duì)齒的方式進(jìn)行滾齒加工，并做好標(biāo)記，熱處理后采用磨齒對(duì)齒的方式進(jìn)行加工。工藝流程如圖7所示。
基于齒輪對(duì)齒的需要，整體副箱中間軸的加工需要專用的滾齒對(duì)齒設(shè)備及專用的磨齒對(duì)齒設(shè)備。此外，由于整體中間軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定，熱后進(jìn)行外圓及端面精加工時(shí)，還需定制特殊的的外圓磨專用軸向?qū)Φ秲x。
此方案的優(yōu)點(diǎn)為：無需對(duì)熱后零件進(jìn)行100%檢測(cè)和配對(duì)裝配，經(jīng)設(shè)備加工完畢的零件只需在齒輪測(cè)量中心上抽檢，不受其他因素影響，確保裝箱零件100%合格，減少了檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)組織難度（與方案一對(duì)比）。缺點(diǎn)為：鍛件成本提高30%～50%；加工設(shè)備多為專用機(jī)床，如專用滾齒機(jī)、專用磨齒機(jī)和專用外圓磨床等；一次性投資巨大，投資回收期長(zhǎng)，總體加工效率低，加工成本高。
副箱中間軸總成是雙中間軸類變速器的關(guān)鍵零部件，其對(duì)齒精度直接影響變速器壽命，是自卸類重卡的主要故障點(diǎn)之一。提高該類零件制造質(zhì)量、確保批量產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)需求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量可控的前提下，生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品，是我們制造類企業(yè)共同努力的方向。
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