解決齒輪熱處理后變形問(wèn)題的花鍵重拉刀

邱永紅，楊利

我公司生產(chǎn)的內(nèi)花鍵小齒輪的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其他齒輪的結(jié)構(gòu)形式基本類似，齒輪材料有45鋼和20CrMnTi兩種。產(chǎn)品基本工藝路線如下：

45鋼材料：下料→鍛坯→粗車→精車→齒部高頻感應(yīng)正火→拉花鍵→滾齒→剃齒→齒部高頻感應(yīng)淬火→重拉花鍵→珩齒。

20CrMnTi材料：下料→鍛坯→粗車→正火→精車→拉花鍵→滾齒→滲碳→齒部高頻感應(yīng)淬火→重拉花鍵→剃齒→珩齒。

由于此類齒輪是空心薄壁結(jié)構(gòu)，按上述工藝路線加工時(shí)，在經(jīng)過(guò)高頻感應(yīng)淬火后，發(fā)現(xiàn)不論是哪種材料的齒輪，都有部分產(chǎn)品的內(nèi)花鍵在齒部高頻感應(yīng)淬火后發(fā)生了變形。內(nèi)花鍵變形也不規(guī)則：有喇叭口、橢圓形、局部高點(diǎn)、個(gè)別鍵側(cè)有毛刺高點(diǎn)等。用專用內(nèi)花鍵塞規(guī)檢測(cè)時(shí)，有部分產(chǎn)品花鍵塞規(guī)放不進(jìn)去的情況。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，此類由于熱處理導(dǎo)致內(nèi)花鍵變形的產(chǎn)品在我公司的不合格率曾一度達(dá)到了30%左右。不合格產(chǎn)品用花鍵拉刀再拉一刀后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品軸向圓跳動(dòng)與徑向圓跳動(dòng)變大，無(wú)法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。為了解決內(nèi)花鍵的熱處理變形問(wèn)題，我們根據(jù)熱處理變形情況設(shè)計(jì)制造了一種用于熱處理后對(duì)內(nèi)花鍵進(jìn)行二次拉削修正的刀具——花鍵重拉刀。

該類型產(chǎn)品齒部高頻感應(yīng)淬火后，內(nèi)花鍵硬度基本仍是正火硬度，變形主要是徑向變形，且量小不均勻。再用普通花鍵拉刀拉削時(shí)主要是因產(chǎn)品拉削時(shí)受力不均勻產(chǎn)生產(chǎn)品傾斜拉削現(xiàn)象。根據(jù)這種情況我們按如下方案進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）導(dǎo)向部分花鍵尺寸只需比原尺寸略小且?guī)㈠F，導(dǎo)向長(zhǎng)度比產(chǎn)品內(nèi)花鍵長(zhǎng)度略長(zhǎng)，保證產(chǎn)品套上重拉刀時(shí)定位基本與原產(chǎn)品內(nèi)花鍵重合。

（2）拉刀齒距比普通花鍵拉刀設(shè)計(jì)要短且鍵側(cè)設(shè)計(jì)成0°切削角，保證拉削時(shí)基準(zhǔn)與原產(chǎn)品內(nèi)花鍵重合。

（3）因切削余量很小，拉削齒齒升量設(shè)計(jì)小，退削槽設(shè)計(jì)淺，同時(shí)拉削齒可大大減少。

（4）校正齒設(shè)計(jì)成負(fù)切削角，齒槽設(shè)計(jì)成全圓弧，尺寸按正超差設(shè)計(jì)，僅用來(lái)對(duì)花鍵拉削后的刮研修整。

針對(duì)圖1產(chǎn)品拉刀具體設(shè)計(jì)如下：其與普通的花鍵拉刀結(jié)構(gòu)基本一致，包括刀柄、前導(dǎo)部、后導(dǎo)部、切削齒及校準(zhǔn)齒等幾個(gè)部分。

切削齒部分齒距設(shè)計(jì)成10mm，鍵側(cè)0°切削角；因切削余量很小，退削槽深設(shè)計(jì)成4mm，第一齒按39.96mm設(shè)計(jì)，主要用來(lái)對(duì)毛刺等進(jìn)行修整；第二齒、第三齒分別按39.99mm、40.01mm設(shè)計(jì)，分別主要用來(lái)拉削高點(diǎn)及橢圓度修整；后續(xù)按齒升量0.01mm設(shè)計(jì)，總齒數(shù)為6齒。

校準(zhǔn)齒部分齒數(shù)設(shè)計(jì)為4齒，按-5°切削角設(shè)計(jì)；齒槽則按R2mm全圓弧深3.5mm設(shè)計(jì)；大徑尺寸按正超差0.025mm設(shè)計(jì)，用來(lái)對(duì)花鍵拉削后的刮研修整。其他各參數(shù)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2。

拉刀材料采用W18Cr4V制造，W18Cr4V為鎢系高速鋼，具有高的硬度、熱硬性及高溫硬度。其熱處理范圍較寬，淬火不易過(guò)熱，熱處理過(guò)程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好。

上述兩類齒輪在用花鍵重拉刀拉削之后，產(chǎn)品內(nèi)花鍵部分尺寸穩(wěn)定，用專用內(nèi)花鍵塞規(guī)檢測(cè)合格。產(chǎn)品上花鍵芯棒檢測(cè)軸向圓跳動(dòng)也在要求范圍內(nèi)，完全滿足工藝要求，保證了后續(xù)硬剃或珩齒精度。

總的來(lái)說(shuō)，花鍵重拉刀的齒升量較小，齒數(shù)較少，齒間距較普通拉刀小，拉刀長(zhǎng)度比普通花鍵拉刀短，制造成本較低。花鍵重拉刀在我公司已普遍使用，取得了顯著的效果，是一種值得推廣應(yīng)用的花鍵修整拉削刀具。

圖 2