齒輪端面倒棱切削去毛工藝開發及應用

曹進琪，史鵬飛

(上海汽車變速器有限公司，上海 201800)

齒輪端面倒棱切削去毛工藝開發及應用

曹進琪，史鵬飛

(上海汽車變速器有限公司，上海 201800)

主要介紹了齒輪倒棱的作用，齒輪端面作為定位面時的常規工藝。同時介紹了新的齒輪端面倒棱后的特殊切削去毛技術，并對相關工藝的開發及應用前景作了一定的探討。

齒輪；倒棱；切削去毛技術

0 引言

隨著汽車生產技術的發展和使用要求的提高，汽車齒輪正朝著高精度、高強度、低噪聲及長壽命方向發展，從而對齒輪的加工工藝提出了更高要求。對齒輪輪齒進行倒棱是控制齒輪噪聲一個十分重要的工藝措施，已引起國內外齒輪加工制造行業普遍的關注和重視[1]。齒輪倒棱部位一般有3個：(1)端面倒棱，通常是在車制齒坯時加工出來；(2)齒頂倒棱，一般在滾齒或插齒時加工出來；(3)齒廓倒棱，一般用砂輪磨出或在熱處理前用倒棱刀采用擠壓的方式進行加工[2-3]。目前在進行汽車齒輪大批量生產時，為提高生產效率，很多都是采用擠棱的方式來進行倒棱，采用該種方式倒棱后齒輪端面有凸起翻邊，需要再對端面進行刮毛。

1 齒輪端面做定位面時的常規工藝流程

目前變速箱齒輪中結合齒與齒輪焊接的工藝運用較多，為確保壓配、焊接及熱處理后成品齒輪及結合齒精度，必須確保齒輪上壓配結合齒的端面不能有翻邊毛刺。故產品設計時， 一般都在齒輪上加一個小臺階，以便結合齒定位，如圖1所示常規主動齒總成結構中的圓圈所指臺階，這樣齒輪倒棱后的翻邊毛刺對結合齒壓配不會有影響。而有些零部件，由于結構限制，結合齒需直接壓在齒輪端面上，如圖2所示。

圖1 常規主動齒總成結構

圖2 直接用齒輪端面定位的總成結構

常規齒輪及總成熱前加工工藝：精車內孔及端面→精車外徑及另一端面→滾齒、倒棱→剃齒→焊接前清洗→壓配結合齒→焊接，然后進行熱處理。而對于直接用齒輪端面定位的總成，為確保后續零件加工質量，試制時熱處理前加工工藝制定如下：精車內孔及端面→精車外徑及另一端面→滾齒、倒棱→磨壓配端面→剃齒→焊接前清洗→壓配結合齒→焊接，然后再進行熱處理。這主要是由于齒輪在滾齒倒棱后，齒輪端面有倒棱后的擠出翻邊，故直接壓結合齒的話，結合齒端面跳動及徑向跳動都很難保證，需增加一道磨壓配端面工藝，以確保后續零件總成結合齒相關精度要求。

2 常規去毛技術與切削去毛技術簡介

雖然常規倒棱后有刮毛刀對齒輪端面進行刮毛，如圖3所示，但該刮毛刀沒有電機驅動，只能貼在零件表面，隨著零件的轉動對零件端面進行刮削，不能有效去除倒棱后的擠出翻邊。如圖4所示，常規倒棱去毛后零件端面有明顯的擠棱翻邊，該翻邊僅通過刮毛不能有效去除。

圖3 常規齒輪倒棱刀及刮毛刀

圖4 常規倒棱去毛后的零件表面

常規倒棱去毛后的齒輪端面，如果需要直接作為定位面，為保證后續壓配、焊接等工序的精度，需要增加一道磨端面的工序。針對該問題，Gleason滾齒倒棱機給出了一個比較好的解決方案，即對原先的刮毛機構及刮毛刀進行改進，如圖5所示：為刮毛機構新增了兩根軸，分別為C6和C7軸，負責刮毛刀的軸向和徑向進給運動；刮毛刀也從單片式改成有一棱-棱切削刃的刀片。這樣去毛刀可以對齒輪端面產生真正的切削。圖6所示為特殊切削去毛后的齒輪端面，可以看出，齒輪擠棱后的翻邊已被完全去除。

圖5 特殊切削倒棱機構及刮毛刀

圖6 切削倒棱去毛后的零件表面

3 切削去毛工藝調試開發及應用

常規倒棱后刮毛刀是按齒輪齒寬來調整刮毛刀兩邊之間的距離，一般會比齒寬小0.1 mm左右。切削去毛機構，是靠調整去毛刀的軸向及徑向運動參數來調整刮毛的效果。去毛刀的軸向運動可以調整是加工齒輪上端面或下端面，同時還可以調節去毛量的大??；徑向運動可以調整去毛刀離齒根圓的距離，一般去毛刀都會加工到齒根圓以下，以實現齒輪端面毛刺的全部去除。

此次工藝調試采用的滾齒倒棱設備是Gleason 130Hic，它專門配備有上述特殊倒棱機刮毛機構。該機構是Gleason在國內首次使用，某廠之前也從未有相關的應用經驗，故該工藝開發基本沒有現有經驗可借鑒。

在新的倒棱去毛工藝卡里，新增了對齒寬的要求，通過精車及倒棱去毛的相關尺寸要求，確保只要倒棱去毛后齒寬達到工藝要求，端面切削余量即可保證，這樣加工后齒輪端面就不會有毛刺翻邊。同時，倒棱工藝中還對端面切削的徑向位置也做了要求，需要至少加工到齒根圓以下。如圖7所示，圖中齒寬尺寸及徑向加工位置要求都是切削倒棱去毛工藝中特有的。

圖7 切削去毛工藝要求

按照上述工藝要求，經過預驗收時對各加工參數的反復調整及試驗，最終加工出了符合預期的零件。對滾齒倒棱后的零件端面進行測量，如圖8所示，齒輪端面有0.05 mm左右的切削量，同時齒輪端面沒有任何凸起，這確保了齒輪端面不會有倒棱的擠出翻邊。后續用這些零件進行壓配焊接，壓配、焊接后分別測量零件結合齒端面跳動及徑向跳動，都能滿足相關工藝要求。熱處理后再測量成品，結合齒端面跳動及徑向跳動也能滿足產品圖紙的相關要求。此次新工藝調試十分成功，目前現場已經按該切削去毛工藝進行批量生產，反饋良好。

圖8 切削去毛加工后齒輪端面輪廓儀數據

4 新工藝成果及展望

此項新工藝實施，主要是通過在Gleason滾齒倒棱機上增加去毛刀的主軸和改進去毛刀的結構設計來實現。去毛刀主軸由伺服電機進行驅動，相關設備比傳統設備價格約高40萬元，但是后續磨齒輪端面的磨床可以省掉，目前一臺普通的國內磨床價格預計也要50萬，故新設備成本增加基本可以忽略不計。此項新工藝的實施，主要可以節約原來磨端面的加工成本，目前該廠磨端面的加工成本約要0.9元/件，按批量生產30萬套/年計算，每年節約的加工成本就可以達到0.9×30=27萬元。同時由于減少了磨床的使用，省略了相關設備維護及保養費用，也減少了相關機床切削液的使用，對環境保護也有積極作用。

目前熱處理后齒輪端面如是需要直接作為壓配的定位面時，齒輪端面都會硬車一刀，該硬車為斷續切削，對硬車刀片要求很高，極易造成刀片的報廢。若是運用該新倒棱去毛工藝，熱處理前就已完全去除齒輪端面的倒棱擠壓翻邊，熱處理后就可以不需要再增加齒輪端面的硬車，這樣就可減少硬車刀片的使用，以節省加工成本。后續作者將在類似結構的零件上繼續進行相關試驗。

【1】楊鐘勝.齒輪的倒棱技術[J].汽車工藝與材料,2009(9)：53-56.

【2】劉曉莉.齒輪倒棱工藝[J].機械傳動,2007,31(2)：100-101. LIU X L.Chamfering Process of Gear Tooth Profile[J].Journal of Mechanical Transmission,2007,31(2)：100-101.

【3】唐宇.齒輪形廓磨棱設備及工藝研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2009.

Development and Application of Cutting Deburring Process for Gear Chamfering End Face

CAO Jinqi，SHI Pengfei

(Shanghai Automobile Gear Works，Shanghai 201800,China)

The roles of gear chamfering, and the conventional process for gear end face as the positioning surface were introduced. At the same time, the special cutting deburring technology for gear end face which was after chamfering was also introduced. The development and application prospect of related technology were discussed.

Gear; Chamfering；Cutting deburring technology

2016-12-25

曹進琪(1981—)，男，碩士研究生，工程師，長期從事齒輪機加工工藝方面的研究與應用。E-mail：caojinqi@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.010

TH162

B

1674-1986(2017)04-039-03