CN115255842A - 一种变速器齿轮的加工方法及变速器齿轮 - Google Patents
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Abstract
本发明技术方案提出了一种变速器齿轮的加工方法及变速器齿轮，加工时引入软爪卡盘的车削加工，用以匹配小批量待齿轮加工，并监测齿坯内孔和端面的跳动及软爪卡盘的跳动，以保证齿轮的加工精度以及焊接后结合齿的精度。
Description
技术领域
本发明属于齿轮加工技术领域，具体涉及一种变速器齿轮的加工方法及采用该加工方法支撑的变速器齿轮。
背景技术
齿轮是变速器的重要组件，其作为汽车运动的核心传动部件之一，需要依靠自身的结构尺寸以及材料强度承受高转速、高负荷以及转速和负荷不断变化的工况，这要求齿轮需要具有良好的硬度、耐磨性、抗疲劳性能以及高尺寸精度，以减缓齿轮运转磨损、减少齿轮冲击，进而延长齿轮及变速箱使用寿命、降低整车噪音及振动。
现有变速器齿轮加工工艺，一般都采用专用设备和专用夹具导致生产成本高、夹具制作周期长、不适用于小批量加工，且目前也缺少一种能够保证小批量生产加工的变速器齿轮精度的加工方法。
发明内容
为克服以上背景技术所述的缺陷，本发明技术方案提供了一种变速器齿轮的加工方法，包括：
步骤S1、车削齿坯；
步骤S2、齿面粗加工；
步骤S3、热处理；
步骤S4、热后硬车；
步骤S5、齿面精加工；
车削齿坯包括如下步骤：
S11、使用软爪卡盘夹紧齿坯车削齿坯外圆第一端面、内孔及内孔左右端面；
S12、在执行步骤S11时，需对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，并确定跳动在第一预设值范围内，否则不继续加工工况；
S13、车削软爪，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径；
S14、使用软爪卡盘夹紧车削齿坯外圆第二端面，并对软爪卡盘的跳动进行测量，并确定跳动在第二预设值范围内，否则不继续加工工况。
进一步地，第一预设值为0.005，第二预设值为0.004。
进一步地，步骤S2中，齿面粗加工包括：
S21、滚齿；
S22、倒棱；
S23、去刺；
S24、以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位焊接结合齿。
进一步地，焊接结合齿的焊缝深度从零件表面开始计算不小于3.5mm，结合齿花键齿距累积总偏差0.1，且在1750Nm的扭矩下，结合齿与齿轮不得分离
进一步地，步骤S3中采用渗碳淬火方式进行齿轮的热处理，处理后齿轮的表面硬度达到80-83HRA、芯部硬度达到320-450HV30。
进一步地，执行步骤S13时，安装软爪卡盘，该软爪卡盘由基爪、夹持块、垫块组成，夹持块和垫块通过螺栓连接基爪，夹持块由整个圆环等分切割而成且该圆环内孔直径为齿轮的最大外径；而后，对垫块进行车削，并控制垫块与夹持块、以及基爪自车位置与基爪自车端面的垂直度在车削允许偏差范围。
进一步地，在软爪卡盘上切割出一个宽度预设的凹槽，凹槽宽度大于齿顶圆半径与齿根圆半径之间的差值，并控制车削精度达到圆柱度0.005、车削粗糙度0.3Ra、内孔两侧端面跳动在0.005内。
进一步地，S5中，齿面精加工包括：
S51、修整砂轮；
S52、采用胀套夹具涨紧齿轮内孔；
S53、使用磨齿机对齿面进行精加工；
S54、强力喷丸处理。
进一步地，经过喷丸处理的齿面和齿根次表层25μm残余压应力不小于800MPa，喷丸覆盖率大于100％。
本发明实施例同时提供一种变速器齿轮，采用变速器齿轮的加工方法制成。
本发明技术方案提出了一种变速器齿轮的加工方法及变速器齿轮，加工时引入软爪卡盘的车削加工，用以匹配小批量待齿轮加工，并监测齿坯内孔和端面的跳动及软爪卡盘的跳动，以保证齿轮的加工精度以及焊接后结合齿的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为一种变速器齿轮的加工方法的流程示意图；
图2为齿轮截面示意图；
图3为焊接结合齿的齿轮截面示意图。
图4为软爪卡盘的结构示意图；
图5为软爪卡盘的截面示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
汽车变速器是用以改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比，齿轮作为其中重要的传动机构，属于汽车运动的核心传动部件之一，需要依靠自身的结构尺寸以及材料强度承受高转速、高负荷以及转速和负荷不断变化的工况，这要求齿轮需要具有良好的硬度、耐磨性、抗疲劳性能。
此外，由于齿轮还要求具有优良的加工精度，以避免因齿轮间不良啮合导致的启动及换挡时的齿轮冲击，这种齿轮冲击不仅会导致起步及换挡抖动及噪音，更会加速齿轮及其他零件的磨损，缩短齿轮及变速箱的使用寿命，严重者可能导致安全事故的发生。
为满足上述要求，现有变速器齿轮加工工艺通常采用专用设备和专用夹具导致生产成本高、夹具制作周期长，这种加工方法并不适用于小批量加工，且目前也缺少一种能够保证小批量生产加工的变速器齿轮精度的加工方法。
为弥补小批量生产加工变速器齿轮工艺的空缺，本发明技术方案提出了一种变速器齿轮的加工方法及变速器齿轮，加工时引入软爪卡盘的车削加工，用以匹配小批量待齿轮加工，并监测齿坯内孔和端面的跳动及软爪卡盘的跳动，以保证齿轮的加工精度以及焊接后结合齿的精度。
本发明以内孔以及内孔端面进行定位对齿轮进行加工，此种加工方式区别于常见利用内孔中心线作基准的齿轮加工方式，将加工定位基准向内孔外缘偏移，更有利于精准控制齿轮的加工精度。
下面结合附图1-4和具体实施例对本发明技术方案内容做进一步详细说明。
本发明实施例一：
本发明实施例提供了一种变速器齿轮的加工方法，如图1所示，包括如下加工步骤，其中，变速器齿轮1结构如图2所示：
步骤S1、车削齿坯，包括如下步骤：
S11、使用软爪卡盘夹紧齿坯车削齿坯外圆第一端面、内孔2及内孔左右端面。
具体地，车削中心使用软爪卡盘先夹持齿坯外缘靠左侧端面并车削右侧端面、齿坯内孔以及内孔左右端面；可选地，在本步骤中同时铣削出齿轮两侧的端面油槽3。
S12、在执行步骤S11时，需对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，并确定跳动在第一预设值范围内，否则不继续加工工况。
加工时以内孔及内孔两侧端面定位，并对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，当跳动在第一预设值范围内，继续进行变速器齿轮后续加工工序，否则，则停止加工并对齿坯夹持位置及车削设备进行调试。
可选地，第一预设值为0.005，以确保S11车削步骤后的齿坯尺寸精度满足汽车变速器齿轮加工要求，并提供高精度齿坯作为后续加工基础。
S13、车削软爪，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径。
在执行本步骤加工工序时引入软爪卡盘的车削加工，用以匹配小批量待齿轮加工，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径，使得软爪卡盘与齿坯匹配并提供稳定夹持。
S14、使用软爪卡盘夹紧车削齿坯外圆第二端面，并对软爪卡盘的跳动进行测量，并确定跳动在第二预设值范围内，否则不继续加工工况。
在加工时对软爪卡盘的跳动进行监测，当跳动在第二预设值范围内，继续进行变速器齿轮后续加工工序，否则，则停止加工并对齿坯夹持位置及车削设备进行调试。
可选地，第二预设值为0.004，以确保S14使用车削后软爪卡盘加工齿坯第二端面时，齿坯的加工精度满足汽车变速器齿轮要求，并提供高精度齿坯作为后续加工基础，特别是为后续结合齿的焊接提供高精度齿坯基础。
步骤S2、齿面粗加工。
具体而言，齿面粗加工包括以下步骤：
S21、滚齿；
S22、倒棱；
S23、去刺；
S24、以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位焊接结合齿。
执行齿面粗加工步骤时，以内孔端面以及内孔定位对车削后的齿坯进行加工。先使用滚齿机粗加工齿轮齿面，滚齿后使用倒棱机对齿进行倒棱去毛刺处理，倒棱去刺后的齿轮清洗吹干然后焊接结合齿，焊接结合齿4后的齿轮如图3所示。
可选地，本实施例采用热前焊接，执行S24步骤焊接结合齿工序时，以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位对结合齿进行焊接，在步骤S1提供的高精度齿坯基础上，内孔与内孔端面的跳动都在0.005以内，以保证焊接后的结合齿的尺寸精度，符合变速器齿轮的精度要求。
可选地，焊接结合齿的焊缝深度从零件表面开始计算不小于3.5mm，结合齿花键齿距累积总偏差0.1，且在1750Nm的扭矩下，结合齿与齿轮不得分离，焊缝深度、齿距累积总偏差以及1750NM扭矩下的分离试验要求本实施例中结合齿与齿轮紧密焊接且焊接结构稳定性足以达到变速器齿轮的加工要求。
步骤S3、对齿轮进行热处理。
可选地，考虑到变速器齿轮具有较高的强度要求以承受高负荷运行工况，步骤S3中采用渗碳淬火方式进行齿轮的热处理，且处理后齿轮的表面硬度达到80-83HRA、芯部硬度达到320-450HV30，齿轮表面与芯部的硬度采用不同硬度度量方法，以匹配表面与芯部的应用场景，提供了一种平衡成本与耐磨性的齿轮硬度标准。
步骤S4、对齿轮进行热后硬车。
本步骤采用热后硬车代替磨削，对齿轮的内孔及内孔的两侧端面进行加工，不仅能保证保证齿轮精度，同时有利于降低时间成本以及磨削夹具成本。
可选地，本步骤热后硬车内孔及两侧端面，在车削内孔右侧端面后，内孔左侧端面可使用内孔勾刀进行车削。与传统车削方法相比，无需使用定制专业夹具掉面车削另一侧的内孔端面，从而减少了一道掉面车削工序，有利于节约夹具定制成本、缩短加工周期，同时避免因再次装夹所造成的精度损失，符合基准统一，工序集中的原则。
步骤S5、齿面精加工。
齿面精加工包括以下步骤：
S51、修整砂轮。
对砂轮进行修正，并使用修正后的砂轮磨削变速器齿轮，使用磨齿机的优点在于可根据图纸定制砂轮，以实现小批量多样化齿轮的齿面精加工，降低成本的同时，保证齿轮精度符合变速器齿轮的精度要求。
S52、采用胀套夹具涨紧齿轮内孔。
S53、使用磨齿机对齿面进行精加工。
S54、强力喷丸处理。
可选地，经过喷丸处理的齿面和齿根次表层25μm残余压应力不小于800MPa，喷丸覆盖率大于100％，精加工得到的齿轮能够满足变速器齿轮的精度要求。
本发明实施例二：
为保证齿轮加工的尺寸精度，在实施例一的基础上，本实施例提供了一种软爪卡盘结构以及加工方法，具体而言，在执行步骤S13时，安装软爪卡盘，该软爪卡盘结构如图4-5所示，软爪卡盘由基爪5、夹持块6、垫块7组成，夹持块5和垫块6通过螺栓固定连接基爪5，夹持块6由整个圆环等分切割而成且该圆环内孔直径为齿轮的最大外径，使得软爪卡盘能够通过夹持块稳定夹持待加工齿轮工件，均匀齿轮受力，使齿轮的夹持精度更高，以保证齿轮的加工精度；车削软爪卡盘的垫块7，并控制垫块7与夹持块6、以及基爪自车位置8与基爪自车端面9的垂直度在车削允许偏差范围，从而保证齿轮满足汽车变速器齿轮加工的精度要求。
由于本发明以内孔以及内孔端面进行定位对齿轮进行加工，此种加工方式区别于常见利用内孔中心线作基准的齿轮加工方式，更有利于精准控制齿轮的加工精度。
可选地，为避免齿轮两侧端面的倒棱及毛刺影响齿轮的行为精度和齿轮加工精度，本实施例在软爪卡盘上切割出一个宽度预设的凹槽，凹槽宽度大于齿顶圆半径与齿根圆半径之间的差值，即凹槽宽度应大于齿的深度，用以维持齿轮的稳定加工，从而能够控制车削精度达到圆柱度0.005、车削粗糙度0.3Ra、内孔两侧端面跳动在0.005内，足以保证齿轮满足车辆变速器齿轮的精度要求。
本发明实施例三：
本实施例提供了一种变速器齿轮，采用变速器齿轮的加工方法制成，该变速器齿轮的加工方法，如图1-5所示，包括：
步骤S1、车削齿坯，包括如下步骤：
S11、使用软爪卡盘夹紧齿坯车削齿坯外圆第一端面、内孔及内孔左右端面。
具体地，车削中心使用软爪卡盘先夹持齿坯外缘靠左侧端面并车削右侧端面、齿坯内孔以及内孔左右端面；可选地，在本步骤中同时铣削出齿轮两侧的端面油槽。
S12、在执行步骤S11时，需对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，并确定跳动在第一预设值范围内，否则不继续加工工况。
加工时以内孔及内孔两侧端面定位，并对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，当跳动在第一预设值范围内，继续进行变速器齿轮后续加工工序，否则，则停止加工并对齿坯夹持位置及车削设备进行调试。
可选地，第一预设值为0.005，以确保S11车削步骤后的齿坯尺寸精度满足汽车变速器齿轮加工要求，并提供高精度齿坯作为后续加工基础。
S13、车削软爪，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径。
在执行本步骤加工工序时引入软爪卡盘的车削加工，用以匹配小批量待齿轮加工，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径，使得软爪卡盘与齿坯匹配并提供稳定夹持。
S14、使用软爪卡盘夹紧车削齿坯外圆第二端面，并对软爪卡盘的跳动进行测量，并确定跳动在第二预设值范围内，否则不继续加工工况。
在加工时对软爪卡盘的跳动进行监测，当跳动在第二预设值范围内，继续进行变速器齿轮后续加工工序，否则，则停止加工并对齿坯夹持位置及车削设备进行调试。
可选地，第二预设值为0.004，以确保S14使用车削后软爪卡盘加工齿坯第二端面时，齿坯的加工精度满足汽车变速器齿轮要求，并提供高精度齿坯作为后续加工基础，特别是为后续结合齿的焊接提供高精度齿坯基础。
步骤S2、齿面粗加工。
具体而言，齿面粗加工包括以下步骤：
S21、滚齿；
S22、倒棱；
S23、去刺；
S24、以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位焊接结合齿。
执行齿面粗加工步骤时，以内孔端面以及内孔定位对车削后的齿坯进行加工。先使用滚齿机粗加工齿轮齿面，滚齿后使用倒棱机对齿进行倒棱去毛刺处理，倒棱去刺后的齿轮清洗吹干然后焊接结合齿。
执行S24步骤焊接结合齿工序时，以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位对结合齿进行焊接，在步骤S1提供的高精度齿坯基础上，内孔与内孔端面的跳动都在0.005以内，以保证焊接后的结合齿的尺寸精度，符合变速器齿轮的精度要求。
可选地，焊接结合齿的焊缝深度从零件表面开始计算不小于3.5mm，结合齿花键齿距累积总偏差0.1，且在1750Nm的扭矩下，结合齿与齿轮不得分离，焊缝深度、齿距累积总偏差以及1750NM扭矩下的分离试验要求本实施例中结合齿与齿轮紧密焊接且焊接结构稳定性足以达到变速器齿轮的加工要求。
步骤S3、对齿轮进行热处理。
可选地，考虑到变速器齿轮具有较高的强度要求以承受高负荷运行工况，步骤S3中采用渗碳淬火方式进行齿轮的热处理，且处理后齿轮的表面硬度达到80-83HRA、芯部硬度达到320-450HV30，齿轮表面与芯部的硬度采用不同硬度度量方法，以匹配表面与芯部的应用场景，提供了一种平衡成本与耐磨性的齿轮硬度标准。
步骤S4、对齿轮进行热后硬车。
本步骤采用热后硬车代替磨削，对齿轮的内孔及内孔的两侧端面进行加工，不仅能保证保证齿轮精度，同时有利于降低时间成本以及磨削夹具成本。
可选地，本步骤热后硬车内孔及两侧端面，在车削内孔右侧端面后，内孔左侧端面可使用内孔勾刀进行车削。与传统车削方法相比，无需使用定制专业夹具掉面车削另一侧的内孔端面，从而减少了一道掉面车削工序，有利于节约夹具定制成本、缩短加工周期，同时避免因再次装夹所造成的精度损失，符合基准统一，工序集中的原则。
步骤S5、齿面精加工。
齿面精加工包括以下步骤：
S51、修整砂轮。
对砂轮进行修正，并使用修正后的砂轮磨削变速器齿轮，使用磨齿机的优点在于可根据图纸定制砂轮，以实现小批量多样化齿轮的齿面精加工，降低成本的同时，保证齿轮精度符合变速器齿轮的精度要求。
S52、采用胀套夹具涨紧齿轮内孔。
S53、使用磨齿机对齿面进行精加工。
S54、强力喷丸处理。
可选地，经过喷丸处理的齿面和齿根次表层25μm残余压应力不小于800MPa，喷丸覆盖率大于100％，精加工得到的齿轮能够满足变速器齿轮的精度要求。
为保证齿轮加工的尺寸精度，在实施例一的基础上，本实施例提供了一种软爪卡盘结构以及加工方法，具体而言，在执行步骤S13时，安装软爪卡盘，该软爪卡盘结构如图4-5所示，软爪卡盘由基爪、夹持块、垫块组成，夹持块和垫块通过螺栓固定连接基爪，夹持块由整个圆环等分切割而成且该圆环内孔直径为齿轮的最大外径，使得软爪卡盘能够通过夹持块稳定夹持待加工齿轮工件，均匀齿轮受力，使齿轮的夹持精度更高，以保证齿轮的加工精度；车削软爪卡盘的垫块，并控制垫块与夹持块、以及基爪自车位置与基爪自车端面的垂直度在车削允许偏差范围，从而保证齿轮满足汽车变速器齿轮加工的精度要求。
由于本发明以内孔以及内孔端面进行定位对齿轮进行加工，此种加工方式区别于常见利用内孔中心线作基准的齿轮加工方式，更有利于精准控制齿轮的加工精度。
可选地，为避免齿轮两侧端面的倒棱及毛刺影响齿轮的行为精度和齿轮加工精度，本实施例在软爪卡盘上切割出一个宽度预设的凹槽，凹槽宽度大于齿顶圆半径与齿根圆半径之间的差值，即凹槽宽度应大于齿的深度，用以维持齿轮的稳定加工，从而能够控制车削精度达到圆柱度0.005、车削粗糙度0.3Ra、内孔两侧端面跳动在0.005内，足以保证齿轮满足车辆变速器齿轮的精度要求。
以上对本发明所提供的一种变速器齿轮的加工方法及变速器齿轮进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想和方法，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种变速器齿轮的加工方法，其特征在于，包括：
步骤S1、车削齿坯；
步骤S2、齿面粗加工；
步骤S3、热处理；
步骤S4、热后硬车；
步骤S5、齿面精加工；
车削齿坯包括如下步骤：
S11、使用软爪卡盘夹紧齿坯车削齿坯外圆第一端面、内孔及内孔左右端面；
S12、在执行步骤S11时，需对齿坯内孔与内孔左右两侧端面的跳动进行测量，并确定跳动在第一预设值范围内，否则不继续加工工况；
S13、车削软爪，车削后软爪卡盘内径配置为略大于或等于齿坯外缘直径；
S14、使用软爪卡盘夹紧车削齿坯外圆第二端面，并对软爪卡盘的跳动进行测量，并确定跳动在第二预设值范围内，否则不继续加工工况。
2.如权利要求1所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，所述第一预设值为0.005，所述第二预设值为0.004。
3.如权利要求1所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，齿面粗加工包括：
S21、滚齿；
S22、倒棱；
S23、去刺；
S24、以齿轮的内孔及内孔左侧端面定位焊接结合齿。
4.如权利要求3所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，所述焊接结合齿的焊缝深度从零件表面开始计算不小于3.5mm，结合齿花键齿距累积总偏差0.1，且在1750Nm的扭矩下，结合齿与齿轮不分离。
5.如权利要求1所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中采用渗碳淬火方式进行齿轮的热处理，处理后齿轮的表面硬度达到80-83HRA、芯部硬度达到320-450HV30。
6.如权利要求1所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，执行步骤S13时，安装软爪卡盘，该软爪卡盘由基爪、夹持块、垫块组成，夹持块和垫块通过螺栓连接基爪，夹持块由整个圆环等分切割而成且该圆环内孔直径为齿轮的最大外径；而后，对垫块进行车削，并控制垫块与夹持块、以及基爪自车位置与基爪自车端面的垂直度在车削允许偏差范围。
7.如权利要求6所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，在软爪卡盘上切割出一个宽度预设的凹槽，凹槽宽度大于齿顶圆半径与齿根圆半径之间的差值，并控制车削精度达到圆柱度0.005、车削粗糙度0.3Ra、内孔两侧端面跳动在0.005内。
8.如权利要求1所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，所述S5中，齿面精加工包括：
S51、修整砂轮；
S52、采用胀套夹具涨紧齿轮内孔；
S53、使用磨齿机对齿面进行精加工；
S54、强力喷丸处理。
9.如权利要求8所述的变速器齿轮的加工方法，其特征在于，经过喷丸处理的齿面和齿根次表层25μm残余压应力不小于800MPa，喷丸覆盖率大于100％。
10.一种变速器齿轮，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项变速器齿轮的加工方法制成。
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