滲碳類薄型內齒圈高精度加工工藝的研究與應用

汪建平， 張文亮， 魯建鋒， 顧燦飛

（杭州前進齒輪箱集團股份有限公司，杭州311203）

0 引言

一直以來，我公司滲碳類薄型內齒圈的加工合格率偏低，加工過程中常見的問題頻發，批量質量問題時有發生，使得行星輪變速機構的制造質量和出產計劃難以保證。

自2012年以來我們就開始著手進行此項工作，由制造部門及熱處理部門共同協作，針對新試制的某型號內齒圈零件（如圖1、圖2所示），進行工藝方案驗證。由于零件生產時間緊，缺乏此類零件的加工經驗，首輪試制我們按照常規的加工方法進行操作。首先粗車，后低溫去應力一次，精加工時為避免夾緊變形，采取花盤或端面固定。但是由于熱處理淬火變形太大，導致熱后加工余量不均勻，當零件加工至成品后齒部精度計量合格，滿足設計要求，但是零件放置一段時間后再次計量又變為不合格零件。導致首輪試制的5件零件只有1件勉強回用，其余均報廢。

1 零件工藝分析及經驗總結

針對以上零件加工失敗的例子，我們反復分析查找原因。

該零件材料20Cr2Ni4A，熱處理工藝為滲碳淬硬，齒圈最小壁厚（內齒大徑至零件外圓）為9.2 mm，零件最大直徑為 φ373 mm，內齒小徑為 φ336.6 mm，大徑為φ354.6 mm，加工時極易發生夾壓變形、熱變形以及材料加工應力釋放產生的多種變形，導致整個零件加工難度較大。

在總結以上零件失敗的教訓后，我們在類似結構的調質類薄型齒圈加工時又進行了實驗，增加了去應力的次數，特別是最后一道工序磨齒進行之前的應力去除尤為關鍵。同時盡可能地降低熱處理變形給后道工序帶來的余量不均現象，特別是零件齒部。我們發現這次改進起到了很好效果，對解決類似問題提供了一個很好的借鑒。

2 新工藝方案改進措施

在齒圈加工首輪試制失敗后，我們總結經驗制定出下一輪工藝實施方案。具體改進措施如下：1）針對該齒圈首先粗車、半精車，之后使用高溫去應力代替低溫去應力，以徹底去除因鍛造和粗加工產生的內部應力，為下道工序加工做準備。2）在熱處理方面，我們準備將原先的壓淬芯軸和齒圈的過渡配合改成過盈配合，通過壓淬撐圓齒圈，以此保證薄型齒圈壓淬后的圓度在0.25 mm以內，充分減少零件的橢圓變形、扭曲變形和翹曲變形。3）熱處理之后磨齒之前，平磨上下端面時采用磁力吸盤代替原先卡盤夾緊零件的裝夾方式。在使用磁力吸盤的時候應減小磁盤磁力及磨削進給量，并反復掉頭磨削上下兩端面。4）磨內齒時分粗精磨，代替原來的一次磨削成型，且在粗磨后精磨前增加一次熱處理低溫去應力工序，最后磨削至成品。特別注意，精磨應留少量磨削量，且精磨時需嚴格控制進刀量。

3 新工藝方案驗證

為驗證改進后新工藝方案的效果，我們決定使用首輪試制失敗的零件進行。在零件投入加工后，經檢驗粗車、探傷、半精車、高溫去應力、平磨兩端面等工藝流程都無問題。精車內孔和精車外圓兩道工序因存在夾壓變形，所以我們直接使用車床花盤壓緊端面的方式固定零件，以減少變形為下道工序插齒做準備。零件的轉運采用專用料筐，保證零件平放轉運，嚴防零件轉運過程中的變形和磕碰傷。

熱處理工序是加工中最關鍵工序之一，根據我們制定的工藝方案，將原先壓淬芯軸和齒圈過渡配合改成過盈配合，嚴格控制過盈量。經過嘗試，過盈量過小不利于撐圓齒圈，過大零件容易壓淬撐破零件。最終結論過盈量控制在0.08～0.13 mm最佳。為方便壓淬芯軸壓入，可將芯軸末端磨出3°～5°左右的導向角。

熱后零件的精加工同樣重要。第一步采取立式磨床吸盤固定的方式加工，找正內齒節圓對稱四點跳動不大于0.1，復校上端面對稱四點跳動不大于0.1，分別磨內孔小徑、上端面、大外圓寬16 mm基準圈。然后在圓臺磨床上磨削另一平面，操作時將磁力減小，并掉頭反復磨削2次，確保兩端面平行度不大于0.015 mm。磨內齒加工時采用通用類的工裝夾具，以零件已磨外圓基準圈及平面來定位，切記零件壓緊后需復檢該基準。磨齒工序將粗精磨齒分開進行，粗磨磨削余量為0.4 mm，去除大部分磨量。精磨磨量為0.15 mm，修復磨削精度。粗磨好后送熱處理低溫去應力，再精磨內齒，嚴格控制進給量，不能太大。零件加工完畢后計量合格，達到GB/T10095-2001六級精度，放置1a后再次計量該零件仍然符合GB/T10095-2001六級精度，如圖3、圖4所示，精度已經趨于穩定，加工質量得到了保證。

4 結語

以上案例的成功經驗在近兩年來很多類似零件的加工中都得到了驗證，特別是對滲碳類薄型內齒圈的加工，其工藝已完全趨于穩定和成熟。該工藝難題的突破，有效地提高了零件的加工精度及產品質量，給大家提供一定的參考和借鑒。