某型变速器一挡和中间轴通过花键压装连接，实现600N·m转矩的传递，简化了中间轴结构，有利于中间轴加工。然而一挡齿轮采用内花键结构，热处理后变形大(M值在轴向呈现锥度且超差)，影响塞规检测，引起装配不合格。当前对内花键变形的研究，总结起来的相关经验主要是通过结构设计优化，控制材料淬透性，热处理工艺调整，或者机加工方式的变化(改变拉花键方向，热后拉花键)等。本文结合零件实际结构和状态，研究零件的热变形控制。
一、问题提出
变速器7T800机型是某世界汽车巨头全球新车型的传动系统，其一挡齿轮结构设计为内花键，与中间轴外花键通过压装相配连接。该零件的内花键较长，内孔壁厚变化较大，热处理(渗碳淬火)时内孔径向变形不一致，导致内花键上中下三段M值不同，呈现轴向锥度，如图1所示。该热处理变形导致的不合格率约为10%，对产品质量和交付造成了较大影响。
二、热处理变形的改善
原材料
一挡齿轮材料为20MnCr5，材料冶炼要求高，与常见的20CrMnTi和20CrMoH相比热处理后的变形量小。淬透性的变化会带来淬火后的尺寸变化，材料设计上选择低淬透性并收窄淬透性带宽，末端淬透性按J5= 37～41HRC，J9=29～33HRC，J15=26～30HRC控制。
机加工艺
一挡齿轮内花键是通过拉花键方式加工。由于上下两端结构不对称，且内孔一端突出轮辐较多，形成凸台，因此加工内花键的方式有正向和反向拉花键两种方式，如图2所示。
抽取正向和反向拉花键的产品各30件，测量内花键M值进行双样本T分析。H0：正向与反向拉花键对M 值没有显著差异;H1：正向与反向拉花键对M值有显著差异。分析结果如图3所示，P值<0.05，拒绝H0，正向和反向拉花键的一挡内花键M值存在明显差异。因此，确定热前改用反向拉花键的工艺。
热处理
热处理过程是控制和改善零件热变形的关键工序，主要从以下三个方面做改善。
(1)焊接应力 该零件为齿轮齿圈焊接结构，考虑焊接产生较大的应力可能引起内花键变形大，采用200℃回火2h的方案进行验证。取去应力回火(200℃×2h)和正常生产的零件各30件，测量M值进行双样本T分析。H0：热处理前回火去应力对M值没有显著影响;H1：热处理前回火去应力对M值有显著影响。分析结果如图4所示，P值<0.05，拒绝H0，去应力和不去应力的一挡内花键内花键M值存在明显差异。据此，零件焊接探伤后增加去应力回火工序。
(2)搅拌速度 理论上降低淬火烈度，有利于淬火变形的改善。通过改变淬火搅拌速度，降低淬火油的流量，验证内花键的热变形变化。不同搅拌速度的验证结果如图5所示，从四种搅拌速度统计数据看，600r/min淬火的M值数据均值靠近中差，且标准差最小，数据更优，配合拉刀的调整可以实现热后M值合格。
(3)工装及装炉方式 工装主要分为补偿变形和自由变形两种方式;装炉方式主要分为串装吊立和平放叠装两种。
通常而言，串装吊立方式会因为零件自重带来蠕变，内孔圆度变差，内花键锥度和周累变大。而平放能使零件径向冷却均匀，周累和锥度变形较小。然而该零件的结构特殊，齿轮大而轮辐薄，且内孔上下结构不一致，平放时的变形程度更加严重。因此结合该零件内孔有凸台，并非对称结构，做平装并增加补偿套的方式，对比用补偿芯轴串装吊立的方式来验证能否减少内花键变形。验证结果如图6所示，热处理平装和串装的一挡内花键M值存在明显差异，且串装的均值和标准差好于平装。
三、结语
通过上述多个影响内花键变形因子的验证，针对该一挡齿轮实施以下措施：
1)签订材料标准，收窄淬透性带宽。
2)拉花键工艺固化，采用反向拉内花键。
3)焊接后增加去应力回火处理。
4)降低淬火有搅拌速度。
5)采用补偿芯轴串装方式装炉热处理。
上述措施实施后，一挡内花键热处理后M值合格，且锥度由0.08缩小为0.04，效果显著。
参考文献略.