馬純凱

【摘 要】 工程車輛因惡劣工作環(huán)境及客戶對性能壽命的高要求；生產(chǎn)高效率及高精度，良好工藝性等方面均對機械設計專業(yè)提出更高的標準，今天就對我公司生產(chǎn)的某重型水泥路面破碎機齒輪箱矩形花鍵內(nèi)外齒加工工藝流程﹑刀具﹑設備﹑工藝參數(shù)的選用及熱處理的工藝方法座詳細介紹。

矩形花鍵的定位配合方式主要有大徑定心﹑小徑定心兩種方式，采用大徑定心配合方式，內(nèi)花鍵大徑通常在淬火處理前加工完成，在淬火后無法對內(nèi)花鍵大徑進行修正，由于熱處理變形，造成內(nèi)花鍵孔精度難以保證，容易導致在裝配過程中內(nèi)﹑外花鍵出現(xiàn)較大的配合間隙。而小徑定心方式，具有加工工藝性好﹑穩(wěn)定性高﹑加工精度易于保證的特點，并能采用熱處理后進行磨削的工藝方案，使得花鍵獲得較高的加工精度，不但可以克服大徑定心熱處理造成的矩形內(nèi)花鍵大徑嚴重變形影響而無法修整的缺陷，且可以使設計精度等級進一步，有利于提高以花鍵內(nèi)徑作為基準孔的漸開線圓柱齒輪配合的精度，確保齒輪箱的穩(wěn)定運行。

為提高花鍵與齒輪的配合精度，我單位決定對齒輪箱中花鍵軸和花鍵齒輪采用小徑定心配合，配合精度為H8/f7。為達到小徑定心配合的設計精度和要求，我們在花鍵軸和花鍵齒輪的制造中吸取同行小徑定心加工工藝的經(jīng)驗和技術，設計了合理的工藝流程﹑工藝方案﹑切削參數(shù)﹑夾具及刀具，嘗試應用新的熱處理工藝，確?；ㄦI軸和花鍵齒輪的加工精度，本文詳細介紹采用小徑定心方式花鍵軸及花鍵齒輪的加工工藝流程﹑設備﹑工藝參數(shù)和注意事項。

1 花鍵加工工藝流程的確定

1.1外花鍵加工工藝流程的確定

如圖1所示，外花鍵材料為40Cr，心部硬度要求要求為HRC28-32，花鍵齒表面硬度要求為HRC48-55，結合零件的尺寸精度和形狀位置精度要求，確定該零件的加工工藝流程為：粗車—調(diào)質(zhì)—精車—修磨中心孔—銑花鍵—花鍵齒部高頻感應淬火+低溫回火—磨削花鍵小徑—磨軸承檔。

1.2內(nèi)花鍵加工工藝流程的確定

如圖2所示，內(nèi)花鍵材料為20CrMnTi，心部要求為HB170-210。內(nèi)外齒面硬度要求為HRC60-63.由于零件上內(nèi)花鍵和外齒均需要淬火，而受零件結構的限制，制作感應器比較困難，因此，零件采用滲碳后直接淬火的方式。結合零件的尺寸精度和形狀位置精度要求，確定花鍵齒輪的加工工藝流程為：正火—粗車—精車—拉花鍵孔—滾齒輪—滲碳淬火+低溫回火—磨削花鍵孔小徑。

2 花鍵小徑磨削加工余量的確定

2.1外花鍵小徑磨削加工余量的確定

按照外花鍵小徑磨削加工工藝方案，花鍵齒部高頻感應淬火后對外花鍵小徑進行磨削，以確保花鍵小徑的尺寸﹑形狀和位置精度。由于花鍵齒部采用高頻感應淬火的熱處理方式變形較小，因此，在確定磨削余量時尺寸變形忽略不計，僅考慮留磨削余量即可。采用花鍵軸銑床加工圖1花鍵時，花鍵大徑﹑鍵側(cè)直接加工到設計尺寸，花鍵小徑留有0.2-0.3mm磨削余量。

2.2內(nèi)花鍵小徑加工余量的確定

拉孔時，為使同心式小徑定心矩形花鍵拉刀交錯排列處的刀齒數(shù)目盡可能少，拉空前，內(nèi)孔應留有合適的拉削余量，該余量可以按照下表1選取。

表1

花鍵小徑（mm） 拉削余量（mm）

30 0.15-0.2

30-50 0.20-0.25

50-80 0.25-0.30

80以上 0.30-0.40

磨削內(nèi)花鍵小徑前，內(nèi)花鍵孔齒輪采用滲碳淬火時，由于熱處理變形的因素，內(nèi)花鍵孔會產(chǎn)生收縮變形，變形量的大小主要與孔的大小﹑零件壁厚﹑零件結構等有關，通過多次試驗，該零件淬火后孔的收縮量為0.03-0.08mm，因此，在拉削內(nèi)孔留磨削余量時，應將這一邊形量充分考慮到內(nèi)花鍵小徑拉削后所留的磨削余量中，故本件內(nèi)孔留磨量為0.35mm。

3 花鍵加工設備選用

3.1外花鍵加工設備的選用

在充分考慮了經(jīng)濟成本，加工能力的多方面因素，外花鍵加工采用Y631K花鍵軸銑床進行銑齒。采用M8612A花鍵軸磨床作為外花鍵熱處理淬火后的小徑磨削設備。銑外花鍵時，采用兩頂尖安裝安裝工件前，應在頂尖之間安裝心軸進行同軸度檢驗，工件安裝好后，必須使用對刀塊進行試切，以確?；ㄦI滾刀中心通過兩頂尖中心線。磨削外花鍵小徑時，先使用設備上的對齒器對零件進行安裝角度定位，然后使用兩頂尖配合雞心夾頭夾緊工件，調(diào)試好自動分度機構和工作臺行程擋塊，即可對工件進行分度和小徑磨削。

3.2內(nèi)花鍵加工設備選用

內(nèi)花鍵的加工設備選用L6120臥式拉床，拉孔前，首先調(diào)整好機床油壓，并把拉床的托刀架調(diào)整到與工件同軸的位置，防止拉偏。加工中時刻保持表針小幅度變化，表針直線上升立即停車。未達到設計要求，粗拉削速度為3-7m/min，精拉速度不大于2.5m/min。

內(nèi)花鍵小徑的磨削采用普通磨床M2120進行加工。

4 刀具選擇

外花鍵滾刀選用齒形為Ⅲ型﹑A級精度的滾刀。內(nèi)花鍵選用W6Mo5Cr4V5SiNbAl含鋁超硬高速鋼。花鍵小徑磨削選用砂輪硬度M級，粒度為60#白剛玉材質(zhì)。內(nèi)花鍵小徑磨削選用砂輪精度K級，粒度46#微晶剛玉材質(zhì)。因磨削外花鍵小徑時，砂輪需要修正，修正原理如圖3，不作詳解。

5 處理工藝

熱處理后，可以通過磨削小徑的工序從根本解決熱處理對花鍵配合精度的影響，但花鍵鍵側(cè)的形狀﹑位置精度還需要合理的熱處理工藝得到滿足，為了提高工件整體性能，盡可能的減少零件熱處理造成的齒形變形，我們再熱處理工藝過程中借鑒了其他單位一些方法。

5.1外花鍵熱處理工藝

外花鍵采用高頻感應淬火，我們使用美國豪富頓的AQL251聚合物水溶液淬火液，濃度為10%-15%，將水溶性淬火液放在感應器下方，使用搖臂鉆機構改進裝夾工件，這樣既可以使工件加熱均勻，又可以使工件從淬火溫度直接冷卻，提高了效率，又避免了淬火到冷卻階段性溫度變化，淬火后，立即進行180-200℃低溫回火。

5.2內(nèi)花鍵熱處理工藝

由于20CrMnTi淬透性較差，所以傳統(tǒng)方法需要時間較長，淬火質(zhì)量和加工效率都達不到理想要求。所以我們借鑒同行，對零件進行分級淬火的工藝，并使用恒溫淬火油槽和專用等溫分級淬火油。該恒溫淬火槽采用電加熱﹑循環(huán)水冷卻的恒溫保持方式，可以在30分鐘內(nèi)使介質(zhì)溫度復原，設備控溫范圍0-160℃，使用時實際控制油溫維120左右。專用等溫分級淬火油的使用即保證硬度的統(tǒng)一性；，有防止了因溫度變化引起的變形無規(guī)律性，是零件變形得到有效控制。淬火完成后，立即進行低溫回火，全部熱處理結束后，進行噴砂和防銹處理。

通過以上工序設計零件既提高了合格率，又保證了配合公差要求，進而提高了齒輪—軸傳動的配合精度，避免了由于內(nèi)﹑外花鍵配合之間存在較大的尺寸間隙，而造成變速箱傳動過程的瞬間沖擊和噪聲，同時也提高了變速箱的壽命。