副箱主軸減速齒輪工藝優化

李 媛

（陜西法士特齒輪有限責任公司，陜西西安 710119）

0 引言

副箱主軸減速齒輪是變速器中的關鍵零部件，與焊接軸和副箱同步器配合，售后的故障率較高。由于減速輪結構復雜，熱處理后變形較大，尺寸鏈繁多，其碗型結構尺寸全部控制到合格難度較大，本文就減速輪批量生產中存在的問題提出優化方案，提高產品合格率。

1 原因分析及改進方法

通過對不合格品尺寸報告進行分析，發現廢品產生主要有兩大原因：一是軸向尺寸超差，二是熱后車端面帶黑皮，這兩個問題在同類型零件中普遍存在。與此同時，對不同種零件的橫向對比發現超差的軸向尺寸為同一尺寸，由此排除某一零件工藝編制的偶發性錯誤及加工的不穩定性，考慮為現行工藝尺寸鏈不合理或熱變形較大導致，為此將從以上兩方面展開研究。

1.1 工藝尺寸鏈的分析與優化

現以變速器中副箱主軸減速齒輪為例進行工藝尺寸計算，產品圖軸向尺寸要求如圖1，工藝加工尺寸要求如圖2。

將圖1中有軸向尺寸要求的五個面自左向右依次標記為 A、B、C、D、E，由圖 2可看出，現行工藝方案為熱前分別精車五個加工面達到如圖的工藝尺寸，熱后依次車B面和C面達到產品圖要求的尺寸，其中車B面要同時保證36.75和49.5兩個尺寸。但在熱后車工序中定位基準為A面，測量基準為B面，基準并不重合，因此都為間接保證的尺寸。同時圖2所標注的工藝尺寸在形式上也并不合理，B面工藝尺寸重復標注，在加工時只能選擇其一為工藝尺寸，另一尺寸為參考尺寸，不同選擇會影響最終的尺寸。為說明該工藝尺寸存在的問題，先忽略零件熱變形，建立工藝尺寸鏈如圖3。

圖1 產品圖軸向尺寸要求Fig.1 Axial size requirements for product drawings

圖2 原工藝尺寸Fig.2 Original process dimensions

圖3 原工藝尺寸鏈Fig.3 Original process dimension chains

在熱前車工序中ABDE面形成尺寸鏈，DE兩面間尺寸為封閉環 U∑，其余為組成環，由箭頭方向可以判斷出8.47和36.95尺寸為減環，58.15尺寸為增環。由線性尺寸誤差傳遞公式Δ∑=∑Δi-Δi計算可得，

熱后車工序中，將兩種工藝尺寸選擇分別計算。尺寸鏈1以36.75為工藝尺寸，BDE三面形成尺寸鏈，則參考尺寸49.5為封閉環V∑，由公式計算得V∑=49.48±0.22。同樣，尺寸鏈2以49.5尺寸為工藝尺寸，同理得封閉環尺寸W∑=36.76±0.21。顯然，兩種工藝尺寸的選擇都不能保證產品圖的尺寸要求。

抽檢20件熱后車工序完成的零件測量軸向尺寸 ，所得部分數據見表1。表中數據顯示，6個零件49.58/49.4尺寸全部超差，而實際上抽檢的20個零件該尺寸不合格率為100%。實際加工中36.75和49.5尺寸并不能同時滿足要求，由此可驗證以上工藝尺寸不合理的推論。

表1 副箱主軸減速齒輪熱后軸向尺寸記錄（1）Tab.1 Axial size records of the auxiliary box main shaft reduction gear after heat treatment（1） 單位 unit：mm

要解決以上問題，需重新確定工藝方案，建立合理的工藝尺寸鏈。經過反復計算，重新確定工藝方案如圖4，該方案的工藝尺寸鏈如圖5。熱前工序中分別車ABCDE五面至工藝尺寸，熱后先車B面達到8.67±0.04尺寸，36.75和49.5尺寸為參考尺寸，再車C面保證7.1/6.95尺寸。熱前工序中ADE面形成尺寸鏈，DE面尺寸為封閉環X∑，計算得X∑=12.74±0.07。熱后工序形成兩個尺寸鏈，尺寸鏈1得封閉環Y∑=49.47±0.07，尺寸鏈2得封閉環Z∑=36.73±0.08。因此，熱后工序通過8.67±0.04尺寸可同時保證36.75和49.5兩個軸向尺寸都在公差范圍內，新的工藝方案理論上更為合理。

為驗證更改后的工藝尺寸在加工中的合理性，抽檢20件按新工藝加工的零件測量軸向尺寸并記錄，部分數據見表2，測得抽檢的20件零件的軸向尺寸全部合格。可見，調整后的工藝尺寸能同時保證36.75和49.5兩個尺寸都在產品圖要求的公差范圍內，其合理性得到驗證。

圖4 調整后工藝尺寸Fig.4 Adjusted process dimensions

圖5 調整后工藝尺寸鏈Fig.5 Adjusted process dimension chains

表2 副箱主軸減速齒輪熱后軸向尺寸記錄（2）Tab.2 Axial size records of the auxiliary box main shaft reduction gear after heat treatment（2） 單位 unit：mm

1.2 熱處理變形的分析與優化

副箱主軸減速齒輪在熱后車工序中除了軸向尺寸不達標外，還往往出現車完端面（圖4中C端面）帶黑皮的現象，并因此產生大量廢品。同樣以12JSD200T-1707106-3為例，由圖2和圖4可看出，B面和C面在熱前車工序中為熱后車工序共預留0.325mm余量，即單面余量超過0.16mm，即使留量富余仍不能保證熱后C端面有足夠車量。因此考慮可能為熱處理變形較大或變形不均勻，B面熱后車掉過多余量導致C面余量不足。為證實此問題做了大量熱變形試驗，記錄AB面臺階尺寸8.47±0.02熱處理前后的變化量，其中18件零件熱處理變形量如圖6，部分數據見表3。數據顯示，臺階尺寸在熱處理前后普遍減小，B面加工量明顯超過預留加工量0.16mm。而實際測得的變形量從0.02～0.13mm不等，且多數變化量在0.03～0.09mm之間。說明熱處理后B面向靠近A面的方向平移變形，熱前預留的余量隨之偏向B面方向，導致C面熱后余量不足車不上而出現黑皮。

圖6 臺階尺寸熱變形量對比Fig．6 Comparison of the heat treatment deformation of step dimensions

表3 臺階尺寸熱處理變形量Tab.3 The heat treatment deformation of step dimensions 單位 unit：mm

在熱變形試驗得到的數據基礎上，對熱前工藝尺寸進行調整如圖7，將臺階尺寸8.47±0.02改為8.52±0.02，即在熱前給予熱變形0.05mm補償量以保證熱處理變形后余量仍能在BC兩面均勻分布，同時將7.35±0.05 尺寸改為 7.4±0.05，增加預留余量。

2 工藝優化的效果

通過車工序工藝方案的重新設計，合理調整工藝尺寸，并配合熱處理變形實驗數據分配預留余量，有效解決了副箱主軸減速齒輪軸向尺寸超差、熱后車端面帶黑皮的問題。經過多批次跟蹤檢測，軸向尺寸穩定且符合性明顯提高，合格率達到99%以上，帶黑皮零件數量也大大減少，報廢數量由每月20～30件減少到2件以下，副箱主軸減速齒輪工藝優化的合理性由此得到有效驗證。此外，將以上工藝優化方法推及其他箱型的副箱主軸減速齒輪，有效提高了該類產品的加工質量。