重型變速器副箱中間軸總成加工工藝研究
發(fā)布時間：
2017-07-31 18:08
近年來，由美國伊頓公司于20世紀(jì)五六十年代設(shè)計的雙中間軸結(jié)構(gòu)變速器因其承載能力強、故障率低等特點已成為國內(nèi)重卡匹配的主力箱型。國內(nèi)多年的使用證明，副箱打齒是該類型變速器故障發(fā)生的主要原因。根據(jù)市場需求，我公司在新開發(fā)的雙中間軸變速器上采用圓柱螺旋齒輪替代圓柱直齒輪，以提高副箱齒輪嚙合系數(shù)，從而提高副箱承載能力，取得了較佳效果。同比國內(nèi)同類產(chǎn)品，我公司重型變速器副箱壽命較競爭對手可提高3～5萬km。
加工難點介紹
雙中間軸變速器因其設(shè)計結(jié)構(gòu)特殊，其核心技術(shù)在齒輪對齒，即雙中間軸變速器的齒輪在加工時需要做標(biāo)記，在裝配時需要進行對齒。對齒的目的是：確保雙中間軸驅(qū)動齒輪同時與主軸齒輪正確嚙合，使主軸齒輪與主軸同軸，并均勻分布載荷。
我公司設(shè)計的副箱中間軸總成由一副箱齒輪與一副箱中間軸經(jīng)壓裝焊接組合而成，其加工難點主要表現(xiàn)為：副箱中間軸總成兩齒輪的對齒精度、焊接強度，總成熱變形對齒輪齒向及齒距誤差的影響等。其中對齒精度最為關(guān)鍵，如不能正確地實現(xiàn)副箱對齒，齒輪嚙合不良會導(dǎo)致齒輪失衡而嚴(yán)重損壞變速器。
因圓柱螺旋齒輪的對齒精度較直齒齒輪的對齒更加敏感，也就是說，副箱齒輪總成的對齒精度除受到每個齒輪自身加工精度的影響，同時也受到焊接后熱變形（如軸向長度的變化和焊接齒輪發(fā)生熱變形扭曲）的影響。多個復(fù)雜加工變量為成批大量加工此類零件帶來難度，使國內(nèi)主要變速器加工廠商紛紛放棄圓柱螺旋齒輪的對齒嚙合方式，退而求其次地采用圓柱直齒齒輪的對齒嚙合方式，從而犧牲了部分齒輪的強度及變速器壽命。
加工工藝分析
根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合公司現(xiàn)有的各種物質(zhì)資源和人力資源的條件狀況，我們確定了兩套加工工藝方案。
1. 方案一：采用壓裝焊接的方式完成副箱齒輪總成的加工，即熱前對副箱齒輪和副箱齒輪軸分別進行滾齒加工，熱后對副箱齒輪和副箱齒輪軸分別進行磨齒加工；然后采用熱壓的加工方式在專用對齒壓裝夾具上完成齒輪對齒輪軸的對齒工藝；經(jīng)檢驗合格后，采用焊接的方式進行焊裝加工；經(jīng)檢測后進行分選，配對裝配。工藝流程如圖3所示。
(1) 基于齒輪及齒輪軸的對齒需要，我們采用氣動定位夾緊的方式設(shè)計制造了專用壓裝夾具，分別對齒輪軸和壓裝齒輪進行了粗、精基準(zhǔn)定位，保證壓裝對齒精度，保證熱壓狀態(tài)的穩(wěn)定性。
(2) 基于焊接熱變形的考慮，我們先后進行了氣體保護焊接、激光焊接和電子束焊接的工藝試驗，從中發(fā)現(xiàn)：氣體保護焊的熱變形要遠大于激光焊接和電子束焊接工藝。采用激光焊接的該零件，焊接熔池深度無法滿足產(chǎn)品圖樣要求；采用真空電子束焊接工藝則效果較差，原因為該零件的結(jié)構(gòu)形式不適宜采用該種焊接工藝。最后，我們又回到采用氣體保護焊接的方式進行加工，通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，采用齒輪雙面焊接的方式（見圖5）進行加工。
經(jīng)過多輪的焊接熱變形試驗，我們基本掌握了該零件的熱變形規(guī)律，在前序壓裝工序進行對齒反復(fù)調(diào)整，使加工工藝基本滿足了產(chǎn)品圖樣的需要。
（3）基于產(chǎn)品圖樣的精度要求，我們在壓裝和焊接后分別采用專用檢具進行100%檢測，采用齒輪測量中心進行對齒檢測抽檢確認，并進行配對裝配，確保裝箱零件100%合格。
此加工方案的優(yōu)點為：制造成本低，無需滾齒、磨齒等專用對齒設(shè)備。缺點為：焊接工藝受零件材料批次及前后熱處理工藝影響較大，批量生產(chǎn)熱變形控制存在一定風(fēng)險，因此需要進行100%全檢和配對裝配，增加生產(chǎn)組織的復(fù)雜程度，從而變相地增加了生產(chǎn)成本。
2. 方案二：采用整體中間軸的加工方式，即將齒輪和齒輪軸作成一體的形式，熱前采用對齒的方式進行滾齒加工，并做好標(biāo)記，熱處理后采用磨齒對齒的方式進行加工。工藝流程如圖7所示。
基于齒輪對齒的需要，整體副箱中間軸的加工需要專用的滾齒對齒設(shè)備及專用的磨齒對齒設(shè)備。此外，由于整體中間軸的結(jié)構(gòu)特點決定，熱后進行外圓及端面精加工時，還需定制特殊的的外圓磨專用軸向?qū)Φ秲x。
此方案的優(yōu)點為：無需對熱后零件進行100%檢測和配對裝配，經(jīng)設(shè)備加工完畢的零件只需在齒輪測量中心上抽檢，不受其他因素影響，確保裝箱零件100%合格，減少了檢測勞動強度，降低生產(chǎn)組織難度（與方案一對比）。缺點為：鍛件成本提高30%～50%；加工設(shè)備多為專用機床，如專用滾齒機、專用磨齒機和專用外圓磨床等；一次性投資巨大，投資回收期長，總體加工效率低，加工成本高。
副箱中間軸總成是雙中間軸類變速器的關(guān)鍵零部件，其對齒精度直接影響變速器壽命，是自卸類重卡的主要故障點之一。提高該類零件制造質(zhì)量、確保批量產(chǎn)品滿足設(shè)計和實際生產(chǎn)需求，在保證產(chǎn)品質(zhì)量可控的前提下，生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品，是我們制造類企業(yè)共同努力的方向。
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