■ 楊 鍇

齒輪類(lèi)產(chǎn)品往往帶有各式各樣的鍵槽和內(nèi)花鍵孔，在生產(chǎn)制造過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦魇礁鳂拥睦錈峒庸?wèn)題造成齒輪熱處理后鍵槽、花鍵孔不合格，塞規(guī)無(wú)法通過(guò)，造成制造瓶頸，甚至影響到主機(jī)廠(chǎng)正常裝機(jī)。

1. 常見(jiàn)問(wèn)題及解決措施

我廠(chǎng)在生產(chǎn)制造各類(lèi)帶有鍵槽、花鍵孔的齒輪產(chǎn)品過(guò)程中，常見(jiàn)有如下問(wèn)題及相關(guān)解決措施：

（1）鍵槽較深的產(chǎn)品（如槽深5.1mm）鍵槽熱處理后通規(guī)不過(guò)。用氮碳共滲拉刀復(fù)拉挽救?；蚺R時(shí)用銼刀以低效率銼削挽救。原因是鍵槽深，鍵槽側(cè)面較寬，熱處理后變形會(huì)更大，尤其是鍵槽側(cè)面出現(xiàn)翹曲。

（2）帶有內(nèi)花鍵的嚙合套類(lèi)產(chǎn)品熱處理后，內(nèi)花鍵雖然已經(jīng)作熨光處理，但是凸臺(tái)端通規(guī)用力才能緊過(guò)。主機(jī)廠(chǎng)提出影響裝配，原因是結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，兩端收縮不一致，可靠熱處理后二次鹽浴加熱套入校正心軸返淬將內(nèi)花鍵撐開(kāi)滿(mǎn)足后序加工所需。中橋從動(dòng)齒輪批次性出現(xiàn)內(nèi)花鍵靠凸臺(tái)端收縮多，熱處理后通規(guī)部分無(wú)法順利通過(guò)，原因是毛坯供應(yīng)商鍛造時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯尺寸不符合圖樣要求，輻板處油槽淺，供應(yīng)商為了保證尺寸不從模具根源入手，卻直接將油槽車(chē)光至尺寸，破壞了金屬組織流線(xiàn)，熱處理時(shí)花鍵收縮加劇。

（3）燃油泵齒輪鍵槽熱處理后通規(guī)不過(guò)。熱處理后用銼刀挽救修復(fù)造成鍵槽平行度或垂直度超差。通規(guī)能部分通過(guò)，但不能完全通過(guò)（靠近凸臺(tái)面不能通過(guò)），止規(guī)又不能完全止?。拷笨锥似螅?。鍵槽拉刀寬度基本上都按最上差設(shè)計(jì)，拉刀及導(dǎo)套決定了鍵槽的深度，而鍵槽深度基本上也是在最上差范圍。因?yàn)殒I槽寬度在軸向、徑向上熱處理后并不是一致性地全收縮，所以導(dǎo)致鍵槽深度按照最上差設(shè)計(jì)時(shí)磨內(nèi)孔難免磨偏，出現(xiàn)鍵槽深度規(guī)止規(guī)不止。類(lèi)似結(jié)構(gòu)齒輪中心凸臺(tái)區(qū)域考慮增加一些可以反復(fù)進(jìn)熱使用的鋼質(zhì)輔助品（熱處理用簡(jiǎn)易小工裝），來(lái)進(jìn)一步減緩鍵槽處冷卻速度，降低熱處理變形。

（4）某些燃油泵齒輪鍵槽的中間區(qū)域通規(guī)可進(jìn)入，而鍵槽的兩端區(qū)域通規(guī)只能緊過(guò)或不過(guò)。原因是由于燃油泵齒輪中心凸臺(tái)端面有涂抹防滲涂料進(jìn)行防滲保護(hù)的要求，導(dǎo)致滲碳淬火后鍵槽及附近材料硬度低，熱處理后拋丸清理時(shí)鍵槽的兩端被拋毛。可考慮增加一些鋼質(zhì)輔助品（拋丸用簡(jiǎn)易小工裝）來(lái)保護(hù)低硬度鍵槽，并在拋丸后考慮鍵槽清理工藝。

（5）供應(yīng)商提供的齒輪毛坯等溫正火處理時(shí)硬度處于規(guī)定指標(biāo)范圍下限，甚至低于下限，硬度偏低，拉鍵時(shí)觀察拉屑狀況，可見(jiàn)鍵槽處翻毛刺掉肉。熱處理后鍵槽內(nèi)翻毛刺掉肉部位被滲碳硬化，又會(huì)引發(fā)通規(guī)不過(guò)等問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)齒輪毛坯預(yù)處理的質(zhì)量管控。

（6）鍵槽拉刀制造過(guò)程中不符合圖樣要求，側(cè)隙角偏大，除了確保按圖加工拉刀外，還應(yīng)當(dāng)考慮拋光措施，以提高鍵槽拉刀前刀面表面粗糙度。

（7）根據(jù)各種不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪鍵槽的熱處理前、后狀態(tài)考慮對(duì)于拉刀尺寸和塞規(guī)尺寸進(jìn)行調(diào)整。表1是本廠(chǎng)四種齒輪調(diào)整實(shí)例。

表1 四種齒輪調(diào)整實(shí)例 （mm）

圖 1

2. 現(xiàn)有兩種橋齒輪花鍵孔變大的臨時(shí)齒輪措施

2017年度我廠(chǎng)承接了兩種橋齒輪，材料為20CrMnTiH3鋼，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為Q/DFLCM1431—2007《汽車(chē)齒輪滲碳用鋼》，要求滲碳淬火處理，表面硬度58～64HRC，心部硬度30～40HRC，滲碳淬火有效硬化層深度帶磨量為1.2～1.6mm。帶磨量熱處理后半成品金相組織要求為：殘留奧氏體級(jí)別1～5級(jí)，碳化物級(jí)別1～5級(jí)。采用分級(jí)油淬火，淬火時(shí)油溫為120℃。圖1a所示為主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)，圖1b所示為從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)。

熱處理后檢測(cè)硬度指標(biāo)和金相指標(biāo)均合格，但是轉(zhuǎn)入精加工工序時(shí)反映內(nèi)矩形花鍵孔變形大。為了不影響生產(chǎn)，確保主機(jī)廠(chǎng)正常裝機(jī)，我廠(chǎng)機(jī)械加工工藝人員采用了如下的臨時(shí)解決措施來(lái)保障生產(chǎn)不中斷。

（1）經(jīng)測(cè)量并確認(rèn)好熱處理后用熨光刀的各部分參數(shù)后，將齒輪熱處理前內(nèi)矩形花鍵熨光，兩種齒輪內(nèi)矩形花鍵孔可以明顯地熨下來(lái)少許。

（2）針對(duì)磨外圓時(shí)出現(xiàn)小部分黑皮的現(xiàn)象，在內(nèi)孔磨工序增加穿入錐度花鍵心軸找正來(lái)加工內(nèi)孔。穿心軸磨外圓，數(shù)磨加工端面內(nèi)孔。在可以確保一定程度的花鍵塞規(guī)通過(guò)率下，對(duì)于花鍵塞規(guī)無(wú)法通過(guò)件找正內(nèi)孔返修。

（3）采取穿入錐度花鍵心軸磨外圓，而后再夾著外圓磨內(nèi)孔。

（4）用推刀過(guò)一遍來(lái)修復(fù)花鍵小徑與花鍵偏心問(wèn)題。效果良好，可以矯正內(nèi)孔大徑與小徑的同軸度。

但是內(nèi)孔的變形量較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致穿不進(jìn)錐度心軸。經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)穿不進(jìn)心軸的齒輪內(nèi)矩形花鍵大徑的縮減量最大可達(dá)到0.17mm，即使采取改小花鍵錐度心軸來(lái)返修，錐度心軸穿不進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)依舊存在。

3. 全面分析解決橋齒輪問(wèn)題

由于以上臨時(shí)措施只能緩解燃眉之急，無(wú)法適應(yīng)這兩種橋齒輪的大批量生產(chǎn)模式，為此廠(chǎng)里安排冷熱工藝聯(lián)合進(jìn)行分析。這兩種橋齒輪內(nèi)矩形花鍵熱處理后通規(guī)不過(guò)。原因都是屬于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)件，如圖1所示左側(cè)凸出部位冷速太快，即便是采用最佳入油方向入油，也仍然會(huì)導(dǎo)致矩形內(nèi)花鍵孔兩端收縮不一致，一頭大，另一頭小。塞規(guī)無(wú)法通過(guò)。部分變形大的產(chǎn)品甚至需要在熱處理后采用線(xiàn)切割挽救。一是影響到成品質(zhì)量，二是生產(chǎn)效率非常低，并增加了制造成本，影響到產(chǎn)品發(fā)交并引起客戶(hù)抱怨。

從動(dòng)輪矩形內(nèi)花鍵要求為：鍵寬、小徑m、大徑mm。從動(dòng)輪精車(chē)內(nèi)孔尺寸為φmm；主動(dòng)輪矩形內(nèi)花鍵要求為：鍵寬mm、小徑、大徑

為此，首先取10件從動(dòng)輪編號(hào)后分別按照刻字位置以順時(shí)針?lè)较驕y(cè)量熱處理前和熱處理后的3個(gè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)前后對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)測(cè)算變動(dòng)量后取平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2和圖2所示。

為了減緩?fù)古_(tái)處的冷速，在采用了常規(guī)降低淬冷烈度方式如降低淬火溫度、降低油攪拌速度、調(diào)整淬火油溫、調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)類(lèi)型、調(diào)整淬火入油方向等各種措施都不奏效的情況下，考慮采用常規(guī)廉價(jià)45鋼為材料設(shè)計(jì)制作了一種簡(jiǎn)易的內(nèi)撐塞，塞入矩形內(nèi)花鍵孔內(nèi)，并靠?jī)?nèi)撐塞的大端阻礙孔口處淬火油的自由流動(dòng)，如圖3a、3b所示。初始內(nèi)撐塞尺寸暫定為φ再取任意5件從動(dòng)輪編號(hào)后塞入該內(nèi)撐塞，進(jìn)熱處理后測(cè)量熱處理后數(shù)據(jù)，并在測(cè)量尺寸后做硬度、金相分析，同樣可滿(mǎn)足圖樣要求。

尺寸測(cè)量統(tǒng)計(jì)如表3所示。

因?yàn)閮?nèi)撐塞拔出時(shí)，會(huì)使孔口處的測(cè)量位置受到擠壓，導(dǎo)致測(cè)量尺寸變大。剔除問(wèn)題數(shù)據(jù)后，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔的尺寸基本處于拉刀的尺寸范圍以?xún)?nèi)。由此可看出，不加內(nèi)撐塞的矩形內(nèi)花鍵孔基本上縮了0.10mm，而且變動(dòng)量相對(duì)均勻。不加內(nèi)撐塞則后續(xù)的磨量會(huì)相應(yīng)地增大，增加了磨削內(nèi)孔序的工作量；塞入內(nèi)撐塞的數(shù)據(jù)變動(dòng)量非常小，基本維持在原狀態(tài)附近。

表2 熱前和熱處理后的變動(dòng)量 （mm）

表3 塞入內(nèi)撐塞熱處理后數(shù)據(jù)（mm）

圖2 變動(dòng)量均值（縮減量）

參照從動(dòng)輪塞入內(nèi)撐塞取得的效果，我們也仿制了主動(dòng)輪的內(nèi)撐塞開(kāi)始小批量試用。但接到后續(xù)精加工反映，有少部分主動(dòng)輪、從動(dòng)輪的內(nèi)矩形花鍵的縮減量相對(duì)較大，熱處理后花鍵軸仍然穿不進(jìn)去。

根據(jù)縮減量統(tǒng)計(jì)情況，懷疑在小批量進(jìn)熱試用過(guò)程中，部分熱處理后花鍵軸穿不進(jìn)去的主動(dòng)齒輪有可能在進(jìn)行熱處理時(shí)，由于某些原因沒(méi)有塞入內(nèi)撐塞。隨后在與車(chē)間裝卸操作工的溝通中得到了證實(shí)。反復(fù)使用過(guò)的內(nèi)撐塞由于在塞入的過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)了困難，導(dǎo)致部分主動(dòng)齒輪未能及時(shí)加裝內(nèi)撐塞。對(duì)于操作員反饋的5件塞入困難的內(nèi)撐塞按照?qǐng)D4所示的上、中、下位置進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)如表5所示。

經(jīng)過(guò)查驗(yàn)主動(dòng)齒輪的內(nèi)撐塞原始值為53.62～53.67mm，由此可發(fā)現(xiàn)內(nèi)撐塞上部略大，中部尺寸基本偏小，而下部尺寸波動(dòng)比較大。為了查明這是特例現(xiàn)象還是普遍現(xiàn)象，除以上測(cè)量的5件內(nèi)撐塞之外，又再次隨機(jī)抽取了另外10件塞入不順利的內(nèi)撐塞，測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表6和圖5所示。

表4 大小徑尺寸統(tǒng)計(jì) （mm）

表5 內(nèi)撐塞上、中、下尺寸 （mm）

表6 隨機(jī)抽取10件內(nèi)撐塞測(cè)量上、中、下尺寸 （mm）

圖 3

由此可以看出呈現(xiàn)出同樣規(guī)律：經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，內(nèi)撐塞上部超出原始設(shè)定的尺寸，導(dǎo)致車(chē)間操作人員在裝卸內(nèi)撐塞時(shí)出現(xiàn)裝入困難的狀況，原因是透出部位經(jīng)過(guò)多次滲碳處理后使得尺寸變大了；內(nèi)撐塞中部尺寸基本偏小，是由于反復(fù)塞拔過(guò)程中表面磨損；內(nèi)撐塞下部尺寸處于一個(gè)波動(dòng)比較大的范圍內(nèi)，是由于內(nèi)撐塞下部的部分位置貼近內(nèi)矩形花鍵部分比較緊，對(duì)于滲碳有阻礙作用，而部分位置貼近內(nèi)矩形花鍵部分比較松，致使表面滲碳條件比較寬松導(dǎo)致。

為了驗(yàn)證是否塞入內(nèi)撐塞有明顯的差異性，取任意兩件未塞入內(nèi)撐塞熱處理后通規(guī)不過(guò)件和任意兩件已塞入內(nèi)撐塞熱處理后通規(guī)不過(guò)件，來(lái)手工測(cè)量從動(dòng)輪的花鍵大徑，測(cè)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7、表8和圖6所示。

圖 4

圖 5

表7 參與測(cè)驗(yàn)的內(nèi)塞規(guī)的測(cè)量數(shù)據(jù) （mm）

由于熱處理后的齒輪采用同樣型號(hào)的同一臺(tái)機(jī)床由同一名操作工加工，據(jù)此可觀測(cè)出大徑加不加塞的同軸度差別比較明顯，不加塞的齒輪內(nèi)矩形花鍵的大小徑同軸度逼近0.09mm，而加入內(nèi)撐塞的齒輪內(nèi)矩形花鍵的大小徑同軸度縮小到約0.05mm，效果很顯著，說(shuō)明加入內(nèi)撐塞在一定程度上保證了大小徑同軸的一致性。同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)在鍵寬指標(biāo)上加塞與不加塞的區(qū)別不明顯。

在經(jīng)過(guò)了數(shù)次調(diào)整和比較后，最終確定主動(dòng)齒輪的內(nèi)撐塞直徑為53.62～53.67mm，從動(dòng)齒輪的內(nèi)撐塞直徑為44.62～44.67mm。

當(dāng)內(nèi)撐塞因?yàn)榉磸?fù)使用發(fā)生尺寸變化，導(dǎo)致塞入困難時(shí)，由車(chē)間工段長(zhǎng)與生產(chǎn)制造部門(mén)協(xié)商，匯總后統(tǒng)一加工到合適尺寸范圍內(nèi)，或在有必要時(shí)重新訂貨。

4. 改善效益測(cè)算

改善前主動(dòng)齒輪熱處理后縮減變形大者若線(xiàn)切割矩形內(nèi)花鍵，線(xiàn)切割費(fèi)用69元/件。改善后有80%熱處理后無(wú)此問(wèn)題，可保障精加工生產(chǎn)，改善過(guò)程中總共投入了200件內(nèi)撐塞，其材料費(fèi)用+工時(shí)費(fèi)用總計(jì)為11.31元/件，兩個(gè)月內(nèi)總共已經(jīng)達(dá)到667件主動(dòng)齒輪。則主動(dòng)齒輪降成本額可達(dá)到：

667件×69元/件×80%–200件×11.31元/件＝34556.4元

改善前從動(dòng)齒輪熱處理后縮減變形大者若線(xiàn)切割矩形內(nèi)花鍵，線(xiàn)切割費(fèi)用59.5元/件。改善后90%熱處理后無(wú)此問(wèn)題，可保障精加工生產(chǎn)，改善過(guò)程中總共投入了175件內(nèi)撐塞，其材料費(fèi)用+工時(shí)費(fèi)用總計(jì)為11.3元/件，兩個(gè)月內(nèi)總共進(jìn)熱已經(jīng)達(dá)到466件從動(dòng)齒輪。則從動(dòng)齒輪降成本額可達(dá)到：

466件×59.5元/件× 90%-175件×11.3元/件＝22976.8元

兩種橋齒輪雙月總降成本額預(yù)計(jì)達(dá)：34556.4元+22976.8元=57533.2元

綜上述及的這種改善措施的關(guān)鍵點(diǎn)在于，要反復(fù)調(diào)整內(nèi)撐塞尺寸，使其與生產(chǎn)實(shí)際情況相適配，如若尺寸選擇不當(dāng)，會(huì)造成熱處理后齒輪內(nèi)縮與內(nèi)撐塞卡緊，采取液壓機(jī)等設(shè)備才能將內(nèi)撐塞卸出的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)增加以上述及的簡(jiǎn)易小工裝，大幅度改善了目前高產(chǎn)月所面臨的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，既達(dá)到了按時(shí)交貨保障主機(jī)廠(chǎng)裝機(jī)不停線(xiàn)的目的，又降低了生產(chǎn)制造成本，減少了批量質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。目前，內(nèi)矩形花鍵拉刀設(shè)計(jì)部門(mén)和橋齒輪機(jī)械加工工藝部門(mén)在熱處理改善的基礎(chǔ)上正在進(jìn)一步優(yōu)化拉刀結(jié)構(gòu)，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。

表8 大徑尺寸和拉刀尺寸 （mm）

圖 6