CN112122894B - 一种硬齿面内矩形花键加工用装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬齿面内矩形花键加工用装置，所述装置为自适应定心装置，所述自适应定心研磨装置自上而下包括压研头、自适应钢球、研磨棒、衬套和底座，衬套安装固定于底座内孔内，零件放置于衬套内定位孔内，研磨棒顶部一端设有中心孔，自适应钢球放置在研磨棒的中心孔内，研磨棒与零件的内矩形花键相匹配，压研头施压在自适应钢球上推动研磨棒向下移动对零件的内矩形花键进行研磨。本发明能保证内矩形花键的尺寸精度、平行度和位置度。

Description

一种硬齿面内矩形花键加工用装置及加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机传动锥齿轮加工领域，尤其涉及一种硬齿面内矩形花键加工用装置及加工方法。

背景技术

某航空零度弧齿锥齿轮设有内矩形花键，要求位置度≤0.015mm、平行度≤0.01mm和齿槽宽

内矩形花键氰化淬火始终存在变形，如：喇叭口、槽宽变窄，变形规律难以有效控制，影响花键位置精度和槽宽余量的均匀性。

因结构或尺寸限制，该锥齿轮无法采用成型磨齿机进行磨削的内矩形花键，由于硬齿面内矩形花键经手动研磨修正时存在研磨量不均，影响槽宽尺寸及键槽位置的均匀性，易造成喇叭孔，因此采用常规方法进行基准修复、手工研磨后，无法满足花键均匀性和槽宽尺寸的高精度要求。

现有的内矩形花键齿形修正和检测用工装形状误差无标准，其形状公差与槽宽尺寸公差不匹配，使锥齿轮内矩形花键槽宽有效研修余量极其有限，严重影响槽宽尺寸控制，因此现有工装(含研磨心棒、量规等)无法适应高精度花键均匀性和键槽尺寸的检测和加工要求。

由此，采用普通拉刀以内孔定位拉削内矩形花键齿槽，零件经经氰化淬火、手工研磨的方法，内矩形花键无法达到需要的尺寸精度、形位精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能保证内矩形花键的尺寸精度、平行度和位置度的硬齿面内矩形花键加工用装置及加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种硬齿面内矩形花键加工用装置，所述装置为自适应定心装置，所述自适应定心研磨装置自上而下包括压研头、自适应钢球、研磨棒、衬套和底座，衬套安装固定于底座内孔内，零件放置于衬套内定位孔内，研磨棒顶部一端设有中心孔，自适应钢球放置在研磨棒的中心孔内，研磨棒与零件的内矩形花键相匹配，压研头施压在自适应钢球上推动研磨棒向下移动对零件的内矩形花键进行研磨。

作为总的发明构思，本发明还提供一种硬齿面内矩形花键的加工方法，包括以下步骤：

S1、将锻造后的零件回火处理，对零件的内外表面进行粗车处理，调质处理和半精车处理，零件的外圆、内孔和端面预留预设磨量；

S2、采用复合拉刀对零件内矩形花键的大径、小径和键槽一次拉削成形，采用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽的平行度和位置度；

S3、将内矩形花键小径定位固定，外磨零件外圆及端面，保证端面与小径垂直度达到预设垂直度后固定端面进行铣齿；

S4、将零件进行氰化淬火，保证零件表面硬度HRC≥58、心部硬度HRC 32～45，氰化层深度为0.6mm～0.8mm；

S5、采用前述自适应定心研磨装置对零件的内矩形花键进行粗研磨，内矩形花键键槽槽宽预留预设精研磨量，用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽平行度和位置度；

S6、以内矩形花键的键槽为定位基准，外磨零件端面及磨齿，保证外圆及端面对内矩形花键跳动不大于0.005mm；

S7、磁盘吸附已磨端面，找正已磨外圆跳动不大于0.005mm，磨内矩形花键小径，用内矩形花键综合量规控制内矩形花键的平行度和位置度；

S8、采用前述自适应定心研磨装置对零件的内矩形花键进行精研磨，去除预设精研磨量，用内矩形花键综合量规控制键槽平行度和位置度。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S2中，拉削成形后的内矩形花键，大径按成品尺寸加工，小径预留0.2mm～0.04mm研磨余量、槽宽预留0.01mm研磨余量，采用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽位置度。

所述步骤S5或S8中，采用槽宽量规检查槽宽。

所述槽宽量规为硬质合金槽宽量规。

研磨棒的齿形公差为0.005mm、齿向公差为0.005mm和齿距累积公差为0.005mm。

所述综合量规的齿形公差为0.003mm，齿向公差为0.003mm和齿距累积公差为0.005mm。

所述步骤S6中，采用锥体心棒外磨零件端面及磨齿，所述锥体心棒的槽宽锥度

所述回火处理的具体步骤包括：先在940～960℃温度下保温3h后空冷，再在650～680℃温度下保温3h后空冷。

所述调质处理的具体步骤包括：先在850～870℃温度下保温100min后油冷，再在550～610℃温度下保温120min水冷。

所述氰化处理的具体步骤包括：先置于真空氰化炉内于640℃～660℃温度下预热，再升温至氰化温度820℃～840℃，氮气保护氛围下冷却至室温。

采用范围外的温度及时间可能降低奥氏体的稳定性，增大晶粒，造成硬度、弯曲强度及接触强度偏离技术要求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过采用复合拉刀对内矩形花键小径、大径和齿槽一次拉削成形，控制内矩形花键小径及齿槽同心，采用内矩形花键综合量规控制内矩形花键位置度，采用自适应定心压研装置对内矩形花键齿面进行粗、精研磨，在花键齿面上研去一层薄的硬化金属层，使零件内矩形花键达到较高的尺寸精度、形状精度、位置精度和粗糙度，实现了热处理后矩形内花键齿槽位置度≤0.015mm、平行度≤0.01mm和齿槽宽

的要求，解决了氰化淬火后内矩形花键形状和位置误差大的问题。本发明适合于小批量且因结构或尺寸限制无法采用磨削的内矩形花键加工。

本发明工艺技术合理，提出了内矩形花键量具控制要求，即：内矩形花键综合量规的齿形公差和齿距累计公差的控制要求(齿形公差0.003mm、齿向公差0.003mm和齿距累积公差0.005mm)，有效控制了内矩形花键形状和位置误差，为类似零件的内花键精度修复提供了技术参考。

附图说明

图1是本发明自适应定心研磨装置的结构示意图。

图2是本发明待加工零件的结构示意图。

图中各标号表示：

1、压研头；2、自适应钢球；3、研磨棒；4、零件；5、衬套；6、底座。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。

实施例1：

图1示出了本发明硬齿面内矩形花键加工用自适应定心研磨装置，包括压研头1、自适应钢球2、研磨棒3、零件4、衬套5和底座6，衬套5安装至底座6内孔内后固定，将零件4放置衬套5定位孔内，研磨棒3顶端设有中心孔，中心孔呈60°圆锥状，自适应钢球2放置在研磨棒3的中心孔上并伸出至中心孔外，自适应钢球2在自身重力的影响嵌入中心孔最低处，与中心孔呈环状接触，确保压研头1轴向力竖直向下研压，研磨棒3与零件4内花键相匹配，压研头1均匀施压在自适应钢球2上，压研头1、自适应钢球2、研磨棒3整体向下移动，研磨棒3与零件4的内矩形花键齿面进行研磨，直至研磨棒3脱离零件4的内矩形花键，即完成一次研磨操作。在现有技术中，采用手工进行研磨，研磨时，传统研磨棒的受力方向存在倾斜(与竖直方向存在夹角)，受力无法完全竖直向下，存在径向分力，会造成在径向方向的对硬齿面内矩形花键的不均匀研磨，影响轴向和径向槽宽尺寸；本发明的自适应定心研磨装置，在自适应钢球2的引导下，即便不均匀的力压在自适应钢球2顶部某一点，自适应钢球2与研磨棒3中心孔环状接触，形成均匀的竖直向下的推力，实现对硬齿面内矩形花键均匀研磨。

本实施例中，中心孔的中心轴和研磨棒3的中心轴重合，中心孔呈锥角为60°的圆锥状，锥角远离压研头1一侧设置。

位于零件4下方的底座6内孔连通衬套5定位孔，给研磨棒3预留运动空间。

如图2所示，本发明待加工零件4的结构示意图，弧齿锥齿轮设有内矩形花键，要求位置度≤0.015mm、平行度≤0.01mm和齿槽宽

本实施例一种加工高精度硬齿面内矩形花键的方法，包括以下步骤：：

A、锻件：锻造毛坯，将毛坯正火并回火，在940～960℃(本实施例为950℃)保温3h后空冷，650～680℃(本实施例为660℃)保温3h后空冷，控制硬度HBd3.7～4.3，改善组织结构，减少组织应力变形；

B、粗车：将步骤A中锻造的毛坯的外圆、端面和内孔进行粗车，各内外表面留约2mm的余量；

C、调质：在850～870℃(本实施例为860℃)保温100min后油冷，在550～610℃(本实施例为600℃)保温120min水冷，控制硬度HRC28～37；

D、半精车：车削外圆、内孔和端面(面、背锥不加工)，外圆、内孔预留磨量0.2mm，端面预留磨量0.2mm；

E、拉削：采用复合拉刀对锥齿轮内矩形花键和花键小径同时进行加工，矩形内花键大径按

小径按

槽宽按

控制，采用内矩形花键综合量规控制6个键槽位置度0.01mm(注：拉削槽宽按照氰化淬火规律一般缩小0.02mm，同时保证研磨量0.02mm～0.04mm进行设计控制，在保证键槽具有研磨量的前提下，尽量减少研磨量，提升研磨棒使用寿命，提高研磨效率)；

F、外磨：将矩形内花键小径定位固定，采用锥体心棒磨削两端面，保证端面与小径垂直度0.01mm；

G、锥齿加工：将矩形内花键小径定位，支靠和固定端面，车削面、背锥后进行铣齿；

H、氰化淬火：将零件4进行氰化，先置于低压真空氰化炉640℃～660℃(本实施例为650℃)预热30min升温至氰化温度820℃～840℃(本实施例为830℃)，在氮气保护氛围下冷却至室温，气压0.5bar，硬度表面硬度HRC≥58、心部硬度HRC32～45，氰化层深度0.6mm～0.8mm；

I、粗研花键：采用自适应定心压研装置(如图1所示)进行粗研磨，槽宽按

控制(用槽宽量规检查整个长度槽宽，用内矩形花键综合量规控制其平行度0.01mm和位置度0.015mm，原则上15件零件4更换1组研磨棒3，研磨棒3齿厚按0.01mm分组)；

J、外磨：采用矩形花键锥体心棒(槽宽锥度

可根据热处理变形量分组制作，锥度变大定位面减小，零跳动不好；锥度变小定位效果无明显提升变化，需增长心棒才能防止零件穿过心棒，成本增加效果不明显)为定位固定用的夹具，以6个矩形键槽为基准定位固定，外磨零件安装端面及磨齿用找正工艺基准外圆，保证外圆及端面对内矩形花键跳动不大于0.005mm；

K、内磨：磁盘吸附已磨端面，找正已磨外圆跳动不大于0.003mm，磨内矩形花键小径，用内矩形花键综合量规检查内矩形花键位置度0.018mm，因存在基准修复，找正误差造成位置度被放大；

L、精研花键：采用自适应定心压研装置(如图1所示)进行精研磨，槽宽按

控制(用槽宽量规检查整个长度槽宽，用内矩形花键综合量规控制其平行度0.01mm和位置度0.015mm，原则上15件零件4更换1组研磨棒3，研磨棒3按0.01mm分组)；

在步骤F和J中配置矩形花键锥体心棒，在步骤I和L中配置的研磨棒3(齿形公差0.005mm、齿向公差0.005mm和齿距累积公差0.005mm)、内矩形花键综合量规(齿形公差0.003mm、齿向公差0.003mm和齿距累积公差0.005mm)和硬质合金槽宽量规，因矩形花键为硬齿面，槽宽量规接触面小、磨损严重，槽宽量规需采用硬质合金材料。本发明中，研磨棒3各公差小于0.005mm时，研磨棒3难制造，大于0.005mm时，将占用0.015mm的位置度公差，产生误判导致结果不准确，花键综合量规同理。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种硬齿面内矩形花键加工用装置，其特征在于：所述装置为自适应定心研磨装置，所述自适应定心研磨装置自上而下包括压研头(1)、自适应钢球(2)、研磨棒(3)、衬套(5)和底座(6)，衬套(5)安装固定于底座(6)内孔内，零件(4)放置于衬套(5)内定位孔内，研磨棒(3)顶部一端设有中心孔，自适应钢球(2)放置在研磨棒(3)的中心孔内且依靠自身重力作用嵌入中心孔最低处，研磨棒(3)与零件(4)的内矩形花键相匹配，压研头(1)施压在自适应钢球(2)上推动研磨棒(3)向下移动对零件(4)的内矩形花键进行研磨。

2.一种硬齿面内矩形花键的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将锻造后的零件(4)回火处理，对零件(4)的内外表面进行粗车处理，调质处理和半精车处理，零件(4)的外圆、内孔和端面预留预设磨量；

S2、采用复合拉刀对零件(4)内矩形花键的大径、小径和键槽一次拉削成形，采用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽的平行度和位置度；

S3、将内矩形花键小径定位固定，外磨零件(4)外圆及端面，保证端面与小径垂直度达到预设垂直度后固定端面进行铣齿；

S4、将零件(4)进行氰化淬火，保证零件(4)表面硬度HRC≥58、心部硬度HRC 32～45，氰化层深度为0.6mm～0.8mm；

S5、采用根据权利要求1所述自适应定心研磨装置对零件(4)的内矩形花键进行粗研磨，内矩形花键键槽槽宽预留预设精研磨量，用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽的平行度和位置度；

S6、以内矩形花键的键槽为定位基准，外磨零件(4)端面及磨齿，保证外圆及端面对内矩形花键跳动不大于0.005mm；

S7、磁盘吸附已磨端面，找正已磨外圆跳动不大于0 .005mm，磨内矩形花键小径，用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽的平行度和位置度；

S8、采用根据权利要求1所述自适应定心研磨装置对零件(4)的内矩形花键进行精研磨，去除预设精研磨量，用内矩形花键综合量规控制键槽平行度和位置度。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，拉削成形后的内矩形花键，大径按成品尺寸加工，小径预留0 .2mm～0 .04mm研磨余量、槽宽预留0 .01mm研磨余量，采用内矩形花键综合量规控制内矩形花键键槽位置度。

4.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于：所述步骤S5或S8中，还包括采用槽宽量规检查槽宽，用内矩形花键综合量规控制槽宽形状和位置度。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述槽宽量规为硬质合金槽宽量规。

6.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于：研磨棒(3)的齿形公差为0 .005mm、齿向公差为0.005mm和齿距累积公差为0.005mm。

7.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于：所述内矩形花键综合量规的齿形公差为0 .003mm，齿向公差为0.003mm和齿距累积公差为0.005mm。

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