工程车辆齿轮箱内矩形花键工艺设计

  物水溶液淬火液，浓度为 10%-15%，将水溶性淬火液放在感应器下方， 使用摇臂钻机构改进装夹工件，这样既可以使工件加热均匀，又可以 使工件从淬火温度直接冷却，提高了效率，又避免了淬火到冷却阶段 性气温变化，淬火后，立即进行 180-200℃低温回火。

  5.2 内花键热处理工艺 由于 20CrMnTi 淬透性较差，所以传统方法需要时间比较久，淬火 质量和加工效率都达不到理想要求。所以我们借鉴同行，对零件进行 分级淬火的工艺，并使用恒温淬火油槽和专用等温分级淬火油。该恒 温淬火槽采用电加热﹑循环水冷却的恒温保持方式，可以在 30 分钟 内使介质温度复原，设备控温范围 0-160℃，使用时实际控制油温维 120 左右。专用等温分级淬火油的使用即保证硬度的统一性；，有防 止了因气温变化引起的变形无规律性，是零件变形得到一定效果控制。淬 火完成后，立即进行低温回火，全部热处理结束后，进行喷砂和防锈 处理。 通过以上工序设计零件既提高了合格率，又保证了配合公差要求， 进而提高了齿轮—轴传动的配合精度，避免了由于内﹑外花键配合之 间存在较大的尺寸间隙，而造成变速箱传动过程的瞬间冲击和噪声， 同时也提高了变速箱的寿命。

  3 花键加工设施选用 3.1 外花键加工设施的选用 在最大限度地考虑了经济成本，加工能力的多方面因素，外花键加工采 用 Y631K 花键轴铣床进行铣齿。采用 M8612A 花键轴磨床作为外花 键热处理淬火后的小径磨削设备。铣外花键时，采用两顶尖安装安装 工件前，应在顶尖之间安装心轴进行同轴度检验，工件安装好后，必 须使用对刀块进行试切，以确保花键滚刀中心通过两顶尖中心线。磨 削外花键小径时，先使用设备上的对齿器对零件来安装角度定位， 然后使用两顶尖配合鸡心夹头夹紧工件，调试好自动分度机构和工作 台行程挡块，即可对工件进行分度和小径磨削。 3.2 内花键加工设施选用 内花键的加工设施选用 L6120 卧式拉床，拉孔前，首先调整好机 床油压，并把拉床的托刀架调整到与工件同轴的位置，防止拉偏。加 工中时刻保持表针小幅度变化，表针直线上升立即停车。未达到设计 要求，粗拉削速度为 3-7m/min，精拉速度不大于 2.5m/min。 内花键小径的磨削采用普通磨床 M2120 来加工。 4 刀具选择 外花键滚刀选用齿形为Ⅲ型﹑A 级精度的滚刀。内花键選用 W6Mo5Cr4V5SiNbAl 含铝超硬高速钢。花键小径磨削选用砂轮硬度 M 级，粒度为 60#白刚玉材质。内花键小径磨削选用砂轮精度 K 级，粒 度 46#微晶刚玉材质。因磨削外花键小径时，砂轮需要修正，修正原 理如图 3，不作详解。 5 处理工艺 热处理后，能够最终靠磨削小径的工序从根本解决热处理对花键配 合精度的影响，但花键键侧的形状﹑位置精度还需要合理的热处理工 艺得到满足，为了更好的提高工件整体性能，尽可能的减少零件热处理造成 的齿形变形，我们再热处理工艺过程中借鉴了其他单位一些方法。 5.1 外花键热处理工艺 外花键采用高频感应淬火，个人会使用美国豪富顿的 AQL251 聚合

  内外齿面硬度要求为 HRC60-63.由于零件上内花键和外齿均需要淬 火，而受零件结构的限制，制作感应器很难，因此，零件采用渗 碳后直接淬火的方式。结合零件的尺寸精度和形状位置精度要求，确 定花键齿轮的加工工艺流程为：正火—粗车—精车—拉花键孔—滚齿 轮—渗碳淬火低温回火—磨削花键孔小径。

  2 花键小径磨削加工余量的确定 2.1 外花键小径磨削加工余量的确定 按照外花键小径磨削加工工艺方案，花键齿部高频感应淬火后对 外花键小径进行磨削，以确保花键小径的尺寸﹑形状和位置精度。由 于花键齿部采用高频感应淬火的热处理方式变形较小，因此，在确定 磨削余量时尺寸变形忽略不计，仅考虑留磨削余量即可。采用花键轴 铣床加工图 1 花键时，花键大径﹑键侧直接加工到设计尺寸，花键小 径留有 0.2-0.3mm 磨削余量。 2.2 内花键小径加工余量的确定 拉孔时，为使同心式小径定心矩形花键拉刀交错排列处的刀齿数 目尽可能少，拉空前，内孔应留有合适的拉削余量，该余量可根据 下表 1 选取。 表1 花键小径（mm）拉削余量（mm） 300.15-0.2 30-500.20-0.25 50-800.25-0.30 80 以上 0.30-0.40 磨削内花键小径前，内花键孔齿轮采用渗碳淬火时，由于热处理 变形的因素，内花键孔会产生收缩变形，变形量的大小主要与孔的大 小﹑零件壁厚﹑零件结构等有关，通过多次试验，该零件淬火后孔的 收缩量为 0.03-0.08mm，因此，在拉削内孔留磨削余量时，应将这一 边形量充分考虑到内花键小径拉削后所留的磨削余量中，故本件内孔 留磨量为 0.35mm。

  1 花键加工工艺流程的确定 1.1 外花键加工工艺流程的确定 如图 1 所示，外花键材料为 40Cr，心部硬度要求要求为 HRC2832，花键齿表面硬度要求为 HRC48-55，结合零件的尺寸精度和形状 位置精度要求定该零件的加工工艺流程为：粗车—调质—精车— 修磨中心孔—铣花键—花键齿部高频感应淬火低温回火—磨削花 键小径—磨轴承档。 1.2 内花键加工工艺流程的确定 如图 2 所示，内花键材料为 20CrMnTi，心部要求为 HB170-210。

  为提高花键与齿轮的配合精度，我单位决定对齿轮箱中花键轴和 花键齿轮采用小径定心配合，配合精度为 H8/f7。为达到小径定心配 合的设计精度和要求，我们在花键轴和花键齿轮的制造中吸取同行小 径定心加工工艺的经验和技术，设计了合理的工艺流程﹑工艺方案﹑ 切削参数﹑夹具及刀具，尝试应用新的热处理工艺，确保花键轴和花 键齿轮的加工精度，本文详细的介绍采用小径定心方式花键轴及花键齿 轮的加工工艺流程﹑设备﹑工艺参数和注意事项。

  矩形花键的定位配合方式主要有大径定心﹑小径定心两种方式， 采用大径定心配合方式，内花键大径通常在淬火处理前加工完成，在 淬火后无法对内花键大径进行修正，由于热处理变形，造成内花键孔 精度很难保证，轻易造成在装配过程中内﹑外花键出现较大的配合间 隙。而小径定心方式，具有加工工艺性好﹑稳定性高﹑加工精度易于 保证的特点，并能采用热处理后进行磨削的工艺方案，使得花键获得 较高的加工精度，不仅能克服大径定心热处理造成的矩形内花键大 径严重变形影响而无法修整的缺陷，且可以使设计精度等级进一步， 有利于提高以花键内径作为基准孔的渐开线圆柱齿轮配合的精度，确 保齿轮箱的稳定运行。

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