CN111922653A - 一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，包括以下步骤：先利用冷挤压工艺将环形坯料加工成内齿圈冷挤坯；再利用卡盘将内齿圈冷挤坯固定在插滚工作站，然后利用设置在粗刀体上的定位探头对内齿圈冷挤坯进行位置探测，计算出齿槽的中心位置；随后驱动卡盘带动内齿圈冷挤坯精确旋转，完成对齿；最后进行精插滚齿形加工，得到内齿圈。本发明冷挤压齿坯的齿面加工余量为0.25‑0.4mm，相比环形齿坯减少了6.35‑6.5mm的切削深度，可以省略粗插滚步骤、由粗插滚到精插滚的换刀时间以及刀具磨损后更换刀片的调整时间，使加工效率和设备产能大幅提升，省去了粗插滚刀具，节约了生产成本。

Description

一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺

技术领域

本发明属于汽车重载变速箱加工领域，特别涉及一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺。

背景技术

重载汽车变速箱内齿圈是汽车的重要部件，它的结构及加工精度影响变速箱的工作性能。目前，重载汽车变速箱内齿圈的加工主要采用刮齿工艺。刮齿，又称插滚，是一种齿轮持续切削工艺，靠刀具和零件高速旋转圆周方向力切削，轴向进刀。这种技术集成了滚齿和插齿两种工艺，是一种介于"成型齿"和"滚齿"之间的加工过程，可以实现快速加工对精密度有严格要求的齿轮。根据零件需求，刮齿机可建在立轴基座上，也可建在水平轴基座上。紧凑设计、机器热稳定性以及液压高精度保证了加工质量，使得最终零件表面粗糙度很低。根据应用需要，插滚机可以与刮齿及车削端面组合，或者组合滚齿、钻孔、铣削加工或直齿斜齿，是内齿轮最有效率的加工工艺。

普通高速钢刀具存在难以加工大模数中硬圆柱齿轮的问题，而刀具涂层具有提高刀具材料表面硬度和耐磨性却不降低其韧性的特点，相关技术选用TiN和TiNAl涂层、基体材料为普通高速钢、钴高速钢及粉末冶金高速钢的齿轮滚刀或插齿刀，并用此涂层刀具加工工厂常用的、经调质或免渗碳淬火后硬度为300～400HB的大模数中硬齿面齿轮，以解决生产中出现的非涂层刀具无法切削或切削加工质量精度达不到设计要求的难题。

如图1所示的重型箱内齿圈，其齿形参数分为第一齿轮、第二齿轮、花键，共3段。该齿圈通过内齿轮滑动实现第一齿轮、第二齿轮分别与多个行星轮啮合从而实现高低档转换，花键与后副齿套外齿啮合，为保证NVH噪音值达到设计预期要求热前齿形齿向达到6级齿轮精度。由于该齿圈内孔大、模数大，属薄壁零件，齿形精度要求高，因此加工难度大。现有的生产热前齿形加工工艺使用德国进口的数控插滚机床，采用粗插滚+精插滚工艺加工环形毛坯，加工节拍是7.59min/件，其缺点是进口设备昂贵且产能不足。或采用粗拉削与精拉削结合的加工工艺，加工节拍是7min/件，同样进口拉床设备昂贵，且需要两台拉床才能保证产能需求，同时两把拉刀的费用也高，此外还存在打拉刀的风险；类似零件之前国内采用插齿工艺，加工节拍是40min/件。由此可见，现有技术设备、刀具及加工成本居高不下，产能不足。

发明内容

本发明提供一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，以解决相关技术中数控插滚机床加工成本高以及产能不足的问题。

本发明提供的一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，包括以下步骤：

利用冷挤压工艺将环形坯料加工成内齿圈冷挤坯；

利用卡盘将内齿圈冷挤坯固定在插滚工作站，利用设置在粗刀体上的定位探头对内齿圈冷挤坯进行位置探测，计算出齿槽的中心位置；

驱动卡盘带动内齿圈冷挤坯精确旋转，完成对齿；

进行精插滚齿形加工，得到内齿圈。

在上述技术方案的基础上，内齿圈冷挤坯的齿面加工余量为0.25-0.4mm。

在上述技术方案的基础上，内齿圈冷挤坯的齿面粗糙度Ra≤3.2μm，齿廓总偏差≤35μm，螺旋线总偏差≤70μm，齿距累积总偏差≤100μm，齿圈径跳≤100μm。

在上述技术方案的基础上，冷挤压工艺包括以下步骤：采用周期循环球化退火工艺，先790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，再升温至790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，将环形坯料硬度降低至≤130HB，然后在1500吨压力机上完成冷挤压齿形，再在580±10℃高温回火4～6小时，出炉后进行车削加工。

在上述技术方案的基础上，车削后的内齿圈冷挤坯内外圆同轴度

在上述技术方案的基础上，卡盘的定心精度

在上述技术方案的基础上，卡盘包括若干副卡爪，每副卡爪设有2个及2个以上的夹紧点，所有夹紧点均夹持在内齿圈冷挤坯外圆表面。

在上述技术方案的基础上，卡爪与所述内齿圈冷挤坯外圆的接触面设有防滑网格纹。

在上述技术方案的基础上，内齿圈冷挤坯底部由若干个支撑件支撑，使端面跳动≤0.03mm。

在上述技术方案的基础上，精插滚齿形加工循环3次及3次以上。

相对于现有技术，本发明提供的技术方案具有以下优点和有益效果：

(1)本发明生产的重载汽车变速箱内齿圈可达到热前6级齿轮加工精度，加工节拍为3.85min，相比传统技术中“环形坯料+粗插滚+精插滚”的加工工艺，节省加工节拍3.74min。

(2)本发明省去了粗插滚步骤，因而节省了粗插滚刀具成本；同时，内齿圈冷挤坯相比传统工艺粗插滚后的环形坯料减少了0.35mm的切削深度，因而降低了精插滚刀具的磨损量，将精插滚刀具的使用寿命延长至每修磨一次加工120-140件，节省了精插滚刀具成本。

(3)本发明卡盘采用12处夹紧点均布于内齿圈冷挤坯外圆表面，卡爪接触零件表面加工网格纹防滑。内齿圈冷挤坯在被夹紧后受力均匀，卡爪摩擦系数大，加工中无弹性变形及松脱现象，保证了齿形精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明背景技术中重型箱内齿圈的结构示意图；

图2为本发明提供的内齿圈上下件抓手的侧视图；

图3为本发明提供的内齿圈上下件抓手的俯视图；

图4为本发明提供的内齿圈插滚卡盘的侧视图；

图5为本发明提供的内齿圈插滚卡盘的俯视图；

图6为本发明中内齿圈对齿原理示意图；

图中，1-第一齿轮，2-第二齿轮，3-花键，4-夹持件，5-内齿圈冷挤坯，6-卡爪，7-卡盘底座，8-夹紧点，9-支撑钉，10-定位探头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，包括以下步骤：

利用冷挤压工艺将环形坯料加工成内齿圈冷挤坯；

利用卡盘将内齿圈冷挤坯固定在插滚工作站，利用设置在粗刀体上的定位探头对内齿圈冷挤坯进行位置探测，计算出齿槽的中心位置；

驱动卡盘带动内齿圈冷挤坯精确旋转，完成对齿；

进行精插滚齿形加工，得到内齿圈。

作为优选的实施例，内齿圈冷挤坯的齿面加工余量为0.25-0.4mm。

作为优选的实施例，内齿圈冷挤坯的齿面粗糙度Ra≤3.2μm，齿廓总偏差≤35μm，螺旋线总偏差≤70μm，齿距累积总偏差≤100μm，齿圈径跳≤100μm。

作为优选的实施例，冷挤压工艺包括以下步骤：采用周期循环球化退火工艺，先790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，再升温至790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，将环形坯料硬度降低至≤130HB，然后在1500吨压力机上完成冷挤压齿形，再在580±10℃高温回火4-6小时，出炉后进行车削加工。

作为优选的实施例，车削后的内齿圈冷挤坯内外圆同轴度

作为优选的实施例，卡盘的定心精度

作为优选的实施例，卡盘包括若干副卡爪，每副卡爪设有2个及2个以上的夹紧点，所有夹紧点均夹持在内齿圈冷挤坯外圆表面。

作为优选的实施例，卡爪与所述内齿圈冷挤坯外圆的接触面设有防滑网格纹。

作为优选的实施例，内齿圈冷挤坯底部由若干个支撑钉支撑，使端面跳动≤0.03mm。

作为优选的实施例，精插滚齿形加工循环3次及3次以上。

该工艺在提升插滚机床生产效率同时能降低内齿圈的生产成本，即采用冷挤压工艺替代粗插滚，在插滚机床上只需完成精插滚加工。

本发明提供的一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，具体步骤如下：

(一)利用冷挤压工艺将环形坯料加工成齿面加工余量为0.25-0.4mm的内齿圈冷挤坯：

采用周期循环球化退火工艺，先790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，再升温至790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，出炉温度为400℃，环形坯料退火后的硬度降低至≤130HB；

然后在冷挤压力为1500吨、挤压速度为4mm/s、油温小于60℃的条件下对环形坯料进行冷挤压，挤压有效齿长>99mm，齿廓总偏差0.032mm，螺旋线总偏差0.07mm，齿距累积误差0.10mm，齿圈径向跳动0.10mm；

再对坯料进行高温回火处理，回火温度为580±10℃，保温时间为4～6小时，出炉温度为400℃，最后进行车削加工，依据图纸要求预留齿面加工余量为0.25-0.4mm，得到内齿圈冷挤坯。

以上工艺中，高温回火后的材料硬度为150～200HB，金相组织为铁素体与珠光体组织；车削后内齿圈冷挤坯的内外圆同轴度

端面跳动≤0.02mm；内齿圈冷挤坯的齿面粗糙度Ra≤3.2μm，齿廓总偏差≤35μm，螺旋线总偏差≤70μm，齿距累积总偏差≤100μm，齿圈径跳≤100μm。

(二)自动对齿定位：

(1)利用机器人上下件抓手在输送料道上抓取内齿圈冷挤坯，进行零件打标，完成零件打标后送至插滚设备卡盘上方，转换抓手取件，吹扫装置启动冲屑，转换抓手放件，完成自动上下件及吹扫，再利用卡盘将内齿圈冷挤坯固定在插滚设备上。

如图2所示，本发明中使用的机器人上下件抓手包括两个夹持件，每个夹持件各设有两个夹持部，夹持部均抵接在内齿圈冷挤坯外圈，接触面表面加工网格纹防滑，夹持件采用铝合金材质，避免夹伤内齿圈冷挤坯。

如图3所示，卡盘具有可旋转的卡盘底座及6副卡爪，所有卡爪均连接在卡盘底座上，每副卡爪设计2个夹紧点，共计12处夹紧点均匀抵持在内齿圈冷挤坯外圆表面，12处夹紧点可以使零件受力均匀，可防止弹性变形。卡爪与内齿圈冷挤坯外圆的接触面加工网格纹防滑。插滚设备卡盘采用膜片液压缸夹紧内齿圈冷挤坯，内齿圈冷挤坯在被夹紧后受力均匀，卡爪摩擦系数大，加工过程中无弹性变形及松脱现象，保证了齿形的精度。

进一步地，内齿圈冷挤坯底部由6处支撑钉支撑，使工件端面定位，6处支撑钉端面跳动≤0.01mm,确保工件端面跳动≤0.03mm。

(2)由于本发明的生产工艺中无需使用粗插滚刀具，将安装在粗刀体上的粗刀具替换成定位探头，当卡盘将内齿圈冷挤坯固定好后，粗刀体带动定位探头对内齿圈冷挤坯进行探测，如图4所示，定位探头先快进至点A，记录点A坐标，然后工进至点B探测到齿槽一侧，记录点B坐标，再工进至点C探测到齿槽另一侧，记录点C坐标，定位探头归位，程序计算出齿槽的中心位置，卡盘根据程序计算出的齿槽中心位置进行精确旋转，进行齿形对位，保证内齿圈冷挤坯的定心精度

(三)进行精插滚齿形加工：

齿形对位完毕，对内齿圈冷挤坯进行精插滚齿形加工，通过三次加工循环完成齿面的精插滚加工及去除加工毛刺，得到内齿圈。其中，精插滚刀具采用整体粉末冶金高速钢材料，表面涂覆有一定厚度的TiNAl涂层。

经检测，内齿圈的齿面粗糙度Ra≤1.6μm(实测0.28μm)，齿廓总偏差≤16μm(实测13μm)，螺旋线总偏差≤13μm(实测10.8μm)，齿距累积总偏差≤50μm(实测35.2μm)，齿圈径跳≤50μm(实测34.2μm)，达到6级齿轮精度要求，与传统工艺接近。

表1本发明工艺与传统工艺的工艺流程对比

实际操作表明，本发明工艺与传统工艺的工艺流程相比，加工节拍节省了3.74min。

此外，传统工艺粗插滚加工途中更换1-3个磨损快的刀片，每加工50件整体更换28个刀片，还需防途中异常蹦刃打粗刀体，未改善前因蹦刀片未及时发现，打了3把刀体，一把刀体6万余元，本发明无需进行粗插滚加工，不仅避免使用昂贵、易磨损的粗插滚刀具，还省去了人工观察粗插滚刀具磨损的时间及其换刀时间。

另一方面，本发明内齿圈冷挤坯的齿面加工余量为0.25-0.4mm，相比环形坯料减少了6.35-6.5mm的切削深度，相比传统工艺粗插滚后的环形坯料减少了0.35mm的切削深度，因而降低了精插滚刀具的磨损量，将精插滚刀具的使用寿命延长至每修磨一次加工120-140件，节省了精插滚刀具更换刀片的时间和成本。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

利用冷挤压工艺将环形坯料加工成内齿圈冷挤坯；

利用卡盘将内齿圈冷挤坯固定在插滚工作站，利用设置在粗刀体上的定位探头对内齿圈冷挤坯进行位置探测，计算出齿槽的中心位置；

驱动卡盘带动内齿圈冷挤坯精确旋转，完成对齿；

进行精插滚齿形加工，得到内齿圈。

2.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述内齿圈冷挤坯的齿面加工余量为0.25～0.4mm。

3.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述内齿圈冷挤坯的齿面粗糙度Ra≤3.2μm，齿廓总偏差≤35μm，螺旋线总偏差≤70μm，齿距累积总偏差≤100μm，齿圈径跳≤100μm。

4.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述冷挤压工艺包括以下步骤：采用周期循环球化退火工艺，先790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，再升温至790℃保温8～10h，降至690℃保温8～10h，将环形坯料硬度降低至≤130HB，然后在1500吨压力机上完成冷挤压齿形，再在580±10℃高温回火4～6小时，出炉后进行车削加工。

5.根据权利要求4所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：车削后的内齿圈冷挤坯内外圆同轴度≤

6.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述卡盘的定心精度≤

7.根据权利要求6所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述卡盘包括若干副卡爪，每副卡爪设有2个及2个以上的夹紧点，所有夹紧点均夹持在内齿圈冷挤坯外圆表面。

8.根据权利要求7所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述卡爪与所述内齿圈冷挤坯外圆的接触面设有防滑网格纹。

9.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：所述内齿圈冷挤坯底部由若干个支撑件支撑，使端面跳动≤0.03mm。

10.根据权利要求1所述的重载汽车变速箱内齿圈冷挤压后精插滚加工工艺，其特征在于：精插滚齿形加工循环3次及3次以上。

Images