变速箱齿轮轴类零件校直工序提效分析

变速箱齿轮轴类零件校直工序提效分析
摘要：本文主要介绍了齿轮轴类零件的校直过程及意义，阐述了目前国内齿轮生产加工中校直工序面临的诸多问题，提出了提质增效措施。

通过有限元分析及车间现场试验确定了不同校直行程时齿轮轴的应力应变数值，进而确定了校直参数，提高了生产效率及产品质量。

关键词：校直，有限元分析，变形异常，热处理，精度，提效
齿轮轴类零件渗碳淬火后的径向跳动会影响到变速箱的噪音和换挡平顺性，且会导致齿轮磨削后各部位应力不均匀，甚至变形过大时会导致渗碳层深不足而严重影响齿轮的传动性能，因此校直工序便在齿轮热后加工中变得尤为重要。

目前国内很多齿轮生产厂家已经普遍采用了自动校直机，然而校直机参数设置主要依靠车间工人师傅的经验积累，没有系统的理论作指导，这严重制约了轴类零件校直效率的提高，鉴于此，针对遇到的齿轮中间轴零件校直效率低下的问题，通过有限元分析及现场试验，给出了校直参数设置的方法推荐，对齿轮轴校直工序的生产加工具有重要的意义。

1、齿轮轴类零件校直过程分析
齿轮轴类零件热处理后的弯曲形式有单弧形、S型、双峰型以及扭曲型，根据零件外形、材料的差异，不同的零件会有不同的变形形式，一般的齿轮轴类零件较短，热处理后的变形基本以单弧形为主，故本文着重介绍单弧形弯曲的校直过程和方法。

单弧形轴类零件校直是一个弹塑性弯曲变形的过程，校直的过程中，轴的两端用支撑块支撑，校直机顶尖将齿轮轴顶起后，电机驱动顶尖带动轴旋转，传感器检测径向跳动变形量，伺服电机根据检测结果将零件移动至相应位置，压头下降使零件产生弯曲变形。

轴的弯曲变形又分为两种，弹性变形和塑性变形，当压头离开工件时，弹性变形量恢复，而塑性变形量得到保留，直到塑性变形量和初始变形量之差达到工艺要求后，校直过程停止。

以上过程有如下等式：
（1-1）——校直行程，mm；
——径向跳动量，mm；
——塑性变形量，mm；
一般的自动校直机校直过程算法遵循下面的经验计算公式：
（1-1）——校直系数；
——校直合格量，mm；
——初次下压量，mm；
——校直次数，mm；
——累加量，mm。

不同的零件校直前的径向跳动量也会不同，新产品试制时需要严格控制和的取值，否则可能会出现最大修正量不合适导致过大将轴校断的情况，累加量c每次以整数倍的形式加在校直行程中。

2、生产现场的齿轮轴零件校直问题
2.1校直效率低
由于不同零件材料牌号不同、机加工工序不同、热处理工艺不同，导致校直参数没有通用性，且不同厂家供应相同牌号的钢材也会存在物理性能的不同从而产生校直参数的差异，所以现场校直参数的设置依靠车间师傅的经验，通过不断调试达到预期效果。

随着客户对商用车行驶舒适性的要求越来越高，产品精度要
求也随之提升，齿轮轴类零件由于对径向跳动要求较高，导致校直时压反的情况
频繁出现，校直效率低下，操作人员不胜其烦，这种现状亟待解决。

2.2校断零件时有发生
校直是热后工序，此时热前的粗车、精车、滚齿、插齿、剃齿等均已经完成，产品接近成品，附加值较高，一旦出现报废的情况，前面的工序便前功尽弃。

校
直时由于需要设置最大修正量，即校直行程，不同材料牌号、不同结构的轴类零
件在不同位置承受的应力不同，当某个位置校直时所受应力超过抗拉强度时，就
会产生裂纹甚至断裂，给工厂带来不可修复的损失，然而如果最大修正量设置较小，就会导致每次下压量不足，进而制约生产效率的提高，如何能平衡校直效率
和保持轴类零件的机械性能，需要相应的理论分析作为支撑。

3、齿轮轴零件有限元分析
3.1齿轮轴校直行程推荐
以生产中某型变速箱齿轮中间轴为例，建立三维模型进行校直过程的有限元
分析，给出校直参数推荐。

施加一定的校直行程，观察应力是否接近抗拉强度
980MPa，进而确定最大修正量。

校直过程有限元分析应力云图：
支点1
支点2
图1 校直行程1.8mm时应力云图
根据仿真结果，兼顾考虑校直时减少轴的裂纹及断裂，可以得出校直行程为1900μm。

3.2齿轮轴校直支撑点推荐
一般轴类零件校直时，将两个支撑块放置在尽量靠近轴的两端面外圆处，但根据轴的结构不同，也有特例情况出现，例如细长轴弯曲形式为S弯时，便要采用分段校直的方法。

上述齿轮轴零件将右侧支撑点改至大外圆处，施加相同的压力进行校直仿真，观察轴的校直行程情况。

支点2
支点1
图2 移动支撑点后应力云图
保持校直压力一致，支撑点不同。

向中间位置挪动支撑点后销孔附近应力值为980MPa时，校直行程为2800μm。

支撑点移动前后应力集中位置基本一致，但校直行程量差别较大，相比之下支撑放在最右侧时校直效率会高于大外圆处。

4、试验验证
通过现场试验验证，分别记录了200组径向跳动-校直时间试验数据，取样150组并对数据进行跳动值的重新排列，提效达到31%，效果明显。

结语
齿轮轴校直工序在生产加工中的作用需要受到重视，校直零件断裂的情况会严重影响了产品质量和生产成本，需要有系统的校直工艺指导生产现场。

新品试
制时，需要工艺人员做相关的有限元分析提前得到合理的校直行程，验证并编入工艺文件，以减少轴类零件的校直裂纹和断裂的情况，进而提高产品质量及生产效率，本文的研究对校直方法的探索具有一定的指导意义。