一种变速器齿轮定位孔热处理变形分析

! ! 热处%&& 三维 坐标仪上测试， 仪器测量精度为 ’( ’’)**。 +! 测试结果与分析 图 , 为某横置变速器主减速从动齿轮的产品尺 寸示意图。由图可见， 齿轮轮辐上的 " 个小孔根据 孔径尺寸和位置度的技术要求可以分为两类 （)） ,
个定位孔： 孔径为 !)’( ’-’ . !)’( ’"/**， 位置度要 （,） / 个螺钉孔： 孔径为 !)’( ,’ . 求为 !’( ’/**； 位置度要求为 !’( )’**， " 个小孔测量 !)’( 0’**， 基准为主减速从动齿轮的内大孔 （ !1"( ’,, . !12( 的圆心， 即图示基准 3 与基准 4 平面。" 个小 12+ ） 孔位于轮辐 !),’** 的大圆上。
! ! 表 6 为经过多个齿轮实验获得的两定位孔圆心 连线长度 5 热处理前后的变形数据测试结果。可 见， 热处理后， 即 95 C ? :8 :6<9 A B :8 :<<<##， 首先考虑两个定位 9D6 C ? :8 ::9 A B :8 :"@@##， 孔： 按照式 （6） 计算， 可以得到： ! 当 9D6 C ? :8 ::9## 时，? :8 :"97## -9E6 :8 :"97## ! 当 9D6 C ? :8 :"@@## 时， ? :8 :66<## -9E6 :8 :66<## 为了便于分析， 对于 > 个螺钉孔， 以孔 " 为例， 将孔 " 围绕内大孔圆心旋转至 D 轴附近， 则热处理 后， 按照式 （"） 计 9D" C ? :8 ::9 A B :8 :"@@##， 算， 可以得到： ! 当 9D" C ? :8 ::9## 时，? :8 :;7;## -9E" :8 :;7;## ! 当 9D" C ? :8 :"@@## 时， ? :8 :;6>## -9E" :8 :;6>## =8 " 孔位置度的控制 为了减小热处理过程中主减速从动齿轮的平面 翘曲和内大孔的失圆， 我们采用了压淬工艺来控制其 平面度 （ -:8 :<## ） 和内大孔的圆度 （ -:8 :<## ） 。 经过试验总结和验证， 这两方面对 9 个小孔位置度的 影响主要体现在9E 的变化 （约为 :8 ::<##） ， 综合上 述计算结果分析， 可以得到热处理前 9 个小孔位置度 的控制方法。 （6） 热处理前 E 轴上的偏移分量控制主要取决 于钻孔、 绞孔分度和加工精度 " 个定位孔： E 轴上偏移量绝对值 F !E F ; :8 :6:##； > 个螺钉孔： E 轴上偏移量绝对值 F !EG F ; :8 :=<##。 （"） 热处理前位置度的要求， 由式 （6） 和式 （"） ， 以及以上分析可以得到， 万方数据 — ;; —
图 ) ! 主减速从动齿轮热处理工艺曲线示意图 5%6 )! 7$89 9:$89%;6 <:=>$&& ?=: *8%; @$>$A$:89%B$ ?=AA=C$: 6$8:
图 , ! 某模置变速器主减速从动齿轮尺寸示意图 5%6 ,! D>E$*$& =? 8 >:=&& F ?%G$@ 6$8:H=G *8%; @$>$A$:89%B$ ?=AA=C$: 6$8:
! ! 材料的末端淬透性要求： 按照 YZ;,$%T% 取样和试 验， 经过 T#$ [ \ ] U$ 分钟后， ^%$ 为 #T " U,-V*。 #E U 加工工艺流程 落料#热锻#等温正火#冷加工#热处理#磨加工 （包括磨孔加工和齿轮珩磨加工， 单边磨余量 $E%$ "$E%,@@）
#E S 热处理工艺 为确保零件热处理后零件平面度和控制内大孔 的热处理变形范围， 热处理采用渗碳 _ 压淬工艺， 具 体工艺步骤 （ 如图 % 所示） ： 渗碳 # 炉冷至 U,$\ 以 下空冷#重新加热#压淬#低温回火。
为试制过程中技术上的 “瓶颈” 问题。 #! 材料与测试方法 #E % 主减速从动齿轮热处理技术要求： 磨削加工后 / 表面硬度： 热处理后/Q$$-R%$ ， ’,$-R%$ 有效硬化 层深度 （ 成 品） ： $E S$ " $E &$@@ （ ,,$-R% ） ； 考虑磨削余量， 热处理工艺要求 $E ,, " $E T$@@ （ ,,$-R%$ ） 轮齿心部硬度： /US-V* #E # 材料： 采用德国钢种 %’()*+,， 材料成分见表 %。
图 +! 主减速从动齿轮 " 个小孔位置度分解示意图
! ! 为了更好地理解位置度的含义及 " 小孔位置的热 处理变形行为， 首先对主减速从动齿轮的 " 个小孔的 位置度进行分解， 如图 + 所示。以经过内大孔圆心连 以经过内大孔圆心且垂 接两小孔圆心的直线为 J 轴， 直于 J 轴的直线为 K 轴， 建立直角座标系， 并测量 " 个 其中 小孔的位置度。为了便于分析， 将 " 个依次编号， ) 和 - 为两个小定位孔， 其余 / 孔为螺钉孔。 +( ) 孔位置度的分析 即孔 ) 的理论 假设孔 ) 理论上的位置为 ’ 位， 位置为 （ /’ ， ’） 实际位置偏移理论位置的 J， K 轴上 孔 , 理论上的位置为 ’ 的分量分别为9J) 与 9K) ； 位， 即孔 ) 的理论位置为 （ /’ ， /’ ） 实际位置偏移理 K 轴上的分量分别为9J, 与9K, ； 则： 论位置的 J， 孔 ) 的实际位置度： , 孔 , 的实际位置度： , "J) L "K) ;’( ’/ ! , , "J, L "K, ;’( )’ !
收稿日期： #$$# 1 %% 1 $Q 作者简介： 马森林， 男， %TQ$ 年生， 江苏泰县人。工程师。%TTT 年 , 月得到哈尔滨工业大学博士学位， 研 究方向为金属材料和热处理。已发表 %$ 篇论文。获得机械工业部科学技术进步二等奖和三 项上海汽车集团公司技术创新三等奖。 万方数据 — S# — 《 热处理》 ! #$$U 年第 %& 卷第 # 期
!!!!!!!! ! " 现场经验 " !!!!!!!!
一种变速器齿轮定位孔热处理变形分析
马森林， 徐晓红， 方伟荣
（ 上海汽车股份有限公司汽车齿轮总厂， 上海 #$%&$$ ）
摘! 要：对 %’()*+, 钢制变速器从动齿轮定位孔和螺钉孔热处理变形进行测试、 分析， 指明选用 “ -” 钢、 严 格控制钢的淬透性波动范围和热处理前冷加工尺寸范围， 同时施行正确热处理的工艺是生产中的 关键问题。 关键词：渗碳、 变形、 位置度、 压淬 中图分类号： !"#$%& ’$ ； !"#$() ) ) 文献标识码： *) ) ) 文章编号： #++, - #%.+ （ /++’ ） +/ - ++0/ - +0
12345 67 862 9:;26<2:67 6= >6?@2:67 86AB; 6= "B@<C6D E@:7 9B?BA@B<@2:FB G6AA6HB< "B@<
(. /0) 1 23)， 45 4367 1 87)9 ， :.;< =03 1 +7)9 （ .>?7@7A320 <06+ :6B?7+C ， D86)9863 .>?7@7A320 *7E F?GE ， D86)9863 #$%&$$ ） IC;2<@?2： H83D I6I0+ @06D>+0G 6)G 6)62CJ0G 806? ?+06?3)9 G3D?7+?37) 7K 27B6?37) 8720D 6)G DB+0L 8720D 7K 906+A7M K72N 27L0+ 906+ ， 6)G 3)G3B6?0G ?86? 6G7I83)9“ - ” D?002， D?+3B? B7)?+7223)9 7) 86+G0)6A323?C D>+93)9 7K D?002 6)G B72G L7+O0G D3J0 G0K7+0 806? ?+06?3)9 6D L022 6D B7++0B? 3@I20@0)?3)9 7K 806? ?+06?@0)? I+7B0DD 6+0 0DD0)?362 3) I+7G>B?37) 7K ?80 906+E JB5 H6<4;： B6+A>+3J3)9； G3D?7+?37)； I7D3?37)； I+0DD P>0)B83)9 %! 前言 齿轮的热处理变形控制是提高齿轮精度的重要问 题之一， 对于齿轮小孔位置度的控制也涉及这一领域。 本文主要围绕我厂新试制的某横置变速器主减速从动 齿轮的 & 小孔位置度的热变形行为和质量控制进行分 析， 提出一点思考， 以便为同类产品的开发提供借鉴。 该齿轮的轮齿热处理后采用热处理后硬切削加工工 艺— — —珩磨齿加工， 因此对热处理变形要求相对较低， 但是其 & 个小定位孔的位置度要求精度较高 （$E $’@@ 和 $E %$@@） ， 且热处理后不再进行硬切削加工， 因此成 ! ! 表 %! 材料化学成分 （ !W ） ：
H6A20 %! *80@3B62 B7@I7D3?37) 7K 906+ @6?0+B62（ !W ） 元素 !W * $E %S " $E %T /3 -$E %# () %E %$ " %E S$ X -$E $U, / $E $#$ " $E $U, *+ $E &$ " %E #$ .2 $E $#$ " $E $,,
" 个定位孔热处理前位置度应达到 :8 ::9 " B :8 :6: " ! 即;:8 :"<##； -" ! > 个螺钉孔热处理前位置度应达到 :8 ::9 " B :8 :=< " ! 即;:8 :@6##。 -" ! （=） 热处理前 9 个小孔所在圆周直径 由表 6 所示， 可以看出 9 个小孔所在圆周直径应 予以控制， 可以认为， 理论上应为 "6678 79<## （ #6": ? :8 :6<##） ， 实际加工过程中不可避免会存在一定 的偏差， 根据上述分析： 两个小定位孔9D 的实际最 大允许涨量为 :8 :"@@##， 因此 9 个小孔所在的圆周 直径实际工艺控制可以定为 #6678 79<
$%&’( "! )(*+(, ’-*( ’(*.+/ 01 " 2#%’’ 320-+-0* /0’(2 &(10,( 4 %1+(, /(%+ +,(%+-*. 序号 6 " = ; < > @ 9 热处理前 6678 797" 6678 77:< 6678 79>9 6678 799" 6678 7>>" 6678 7@6; 6678 7>7< 6678 7@:6 平均变形量 热处理后 6":8 :";< 6":8 ::96 6678 7@6 6678 79:6 6":8 :"6@ 6":8 ::;7 6678 77<7 6678 7>;6 :8 :6;= 变形量， 95 :8 :=<= :8 :6@> ? :8 :6<9 ? :8 ::96 :8 :<<< :8 :==< :8 :">; ? :8 ::> 序号 热处理前 热处理后 变形量， 95
7 6":8 :66 6: 6":8 :69< 66 6":8 :6=7 6" 6":8 :6<= 6= 6":8 :6;> 6; 6":8 ::>@ 6< 6":8 ::=< 6> 6":8 :6<> 变形量波动范围
6678 77>= ? :8 :6;@ ? :8 :=:7 6678 79= 6":8 :;:@ :8 :""" :8 :">" 6":8 :;6< 6":8 :6>= ? :8 ::6@ 6":8 :=;9 :8 :"96 :8 :"7< 6":8 :== :8 :"6> 6":8 :=@" ? :8 :6<9 A B :8 :<<<
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《 热处理》 ! ,’’+ 年第 )" 卷第 , 期
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! ! 表 "! 两个小定位孔中心线的长度热处理前后的变化 （ 单位： ##）