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某型变速器一挡齿轮内花键热处理变形改善

发布时间:2024-07-25 | 来源:汽车工艺师 | 作者:章康乐
   针对某型汽车变速器一挡齿轮在热处理(渗碳淬火)后出现内花键M值超差,影响塞规检测和装配,从齿轮的材料淬透性、机加工和热处理等环节进行了相关研究和改善验证,得出了影响该内花键变形的因子并采取相应措施进行优化,减少和控制内花键变形量,解决M值和锥度引起的内花键问题,提高产品合格率。

  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.

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