錐花鍵齒輪軸加工工藝的研究

呂海波，胡傳朋，武永福，劉蘭蘭

LV Hai-bo,HU Chuan-peng,WU Yong-fu,LIU Lan-lan

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

1 錐花鍵齒輪軸的結(jié)構(gòu)和錐花鍵連接的特點(diǎn)分析

錐花鍵齒輪軸是帶有齒輪和錐花鍵的軸類(lèi)零件（圖1）。在推土機(jī)終傳動(dòng)系統(tǒng)中，其錐花鍵部分與法蘭盤(pán)的內(nèi)花鍵配合，法蘭盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)錐花鍵齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪部分與另一齒輪嚙合傳動(dòng)。由于錐花鍵齒輪軸的固定是通過(guò)圖1中右端安裝軸承，左端錐花鍵部分安裝在法蘭盤(pán)來(lái)完成的。因此，錐花鍵的加工精度會(huì)影響整個(gè)錐花鍵齒輪軸的裝配。

推土機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜，承載大，因此對(duì)終傳動(dòng)系統(tǒng)的要求較高。錐花鍵齒輪軸作為終傳動(dòng)的重要部件，其轉(zhuǎn)速高，傳遞轉(zhuǎn)矩大，正反轉(zhuǎn)切換頻繁[1]，對(duì)錐花鍵齒輪軸的加工精度和表面硬度有嚴(yán)格要求。錐花鍵是通過(guò)錐度來(lái)保證裝配件在軸向上的連接位置，同時(shí)，錐花鍵的齒形對(duì)裝配尺寸的影響也很大。由于工件形變的原因，裝配時(shí)一般采用歸定范圍內(nèi)的壓力壓裝錐花鍵連接至裝配尺寸。

圖1 錐花鍵齒輪軸

2 錐花鍵齒輪軸的加工難點(diǎn)與問(wèn)題

錐花鍵齒輪軸的加工難點(diǎn)主要有齒輪部分和錐花鍵部分。錐花鍵齒輪軸的加工必須同時(shí)保證表面硬度和機(jī)械加工精度要求。圖2為我廠(chǎng)推土機(jī)終傳動(dòng)系統(tǒng)中錐花鍵齒輪軸零件圖，錐花鍵齒輪軸的齒輪部分要求精度為8 級(jí)，同軸度要求為0.01mm；錐花鍵部分錐度為1∶10，精度為K，同軸度要求為0.05mm；材料為20CrMnTi，毛坯硬度為HB277～384，淬火硬度為HPC58～63。

圖2 錐花鍵齒輪軸零件圖

目前，齒輪部分的加工難題已解決，但錐花鍵的加工質(zhì)量一直不穩(wěn)定。我廠(chǎng)的錐花鍵齒輪軸與法蘭盤(pán)裝配如圖3，裝配時(shí)通過(guò)液壓油缸將法蘭盤(pán)壓入錐花鍵齒輪軸的錐花鍵部分。在保證裝配尺寸L 的同時(shí)，記錄液壓油缸的壓力值，通過(guò)該壓力值來(lái)檢測(cè)錐花鍵連接是否合格。應(yīng)用原工藝加工的錐花鍵齒輪軸的裝配壓力值不穩(wěn)定，波動(dòng)范圍很大，合格率約65%。對(duì)于不合格的工件只能采用更換法蘭盤(pán)嘗試配合的方法來(lái)解決問(wèn)題。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且并不能從根源上解決錐花鍵裝配問(wèn)題。

圖3 錐花鍵齒輪軸與法蘭盤(pán)裝配圖

3 錐花鍵齒輪軸的加工工藝分析

本廠(chǎng)原采用的錐花鍵齒輪軸加工工序?yàn)椋哼x材－鍛造－正火－車(chē)削加工－滾齒、滾花鍵－熱處理滲碳－車(chē)螺紋－熱處理淬火－拋丸－磨外圓－磨齒。

我廠(chǎng)的錐花鍵齒輪軸小端部需要加工螺紋。由于螺紋連接的特性，螺紋部分要求不能滲碳淬火以免影響韌性；而滲碳淬火會(huì)使工件硬度增加導(dǎo)致無(wú)法車(chē)螺紋。對(duì)于該問(wèn)題原工藝采用的是先對(duì)工件進(jìn)行滲碳處理，然后將螺紋部分的滲碳層車(chē)掉，再車(chē)螺紋，最后將螺紋部分加防護(hù)帽保護(hù)，進(jìn)行淬火處理。該方法加工出的螺紋部分硬度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是由于加熱兩次，導(dǎo)致了錐花鍵部分變形嚴(yán)重，極大地影響了錐花鍵的加工質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，經(jīng)過(guò)兩次加熱后工件的變形量平均為0.04mm，約25%的工件變形量超過(guò)0.05mm，而錐花鍵的同軸度要求為0.05mm，因此導(dǎo)致部分工件不符合要求。

通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)，我們采用滲碳淬火一次熱處理完成，并將車(chē)螺紋工序移至熱處理滲碳淬火之前。對(duì)于螺紋部分我們采取了涂防滲劑、加防護(hù)帽的方式防止該部被淬火（圖4）。

圖4 錐花鍵齒輪軸熱處理

雖然通過(guò)更改熱處理方法可以降低錐花鍵的熱變形尺寸，但是并不能完全消除該變形。針對(duì)該問(wèn)題，我廠(chǎng)采用增加磨錐花鍵工序的方法來(lái)解決，并引進(jìn)了漢江機(jī)床廠(chǎng)的MK8612A花鍵磨床。工作時(shí)通過(guò)工作臺(tái)的縱向移動(dòng)和砂輪的垂直進(jìn)給完成錐花鍵的加工。加工后，通過(guò)專(zhuān)用錐花鍵環(huán)規(guī)檢測(cè)出入量，保證加工質(zhì)量。

改進(jìn)的加工工序?yàn)椋哼x材－鍛造－正火－車(chē)削加工－滾齒、滾花鍵－車(chē)螺紋－熱處理滲碳淬火－拋丸－磨外圓－磨齒－磨花鍵。

4 加工工藝效果分析

為檢驗(yàn)新工藝的使用效果，用新工藝加工了10 件工件。我們對(duì)這批工件的芯部和滲碳區(qū)做了金相組織測(cè)試。金相組織測(cè)試表明采用新工藝加工的工件材質(zhì)完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

使用洛氏硬度儀對(duì)錐花鍵的齒頂和齒根部做硬度檢測(cè)，其齒頂部硬度平均值為59.9HRC，齒根部硬度平均值為59.5HRC,其硬度也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

最后，將這批工件進(jìn)行裝配試驗(yàn)。隨機(jī)選取10 件法蘭盤(pán)與之裝配，并記錄裝配壓力。壓力值均在我們要求的裝配壓力18～35MPa 范圍內(nèi)，符合裝配要求。

5 結(jié) 論

針對(duì)錐花鍵齒輪軸中錐花鍵加工質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)原工藝的分析研究，在其基礎(chǔ)上提出了采用一次滲碳淬火、增加磨錐花鍵工序的新加工工藝。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明新的工藝加工的工件在材質(zhì)、硬度、同軸度和裝配壓力等方面完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

[1]率秀清，孫世超，任建剛.小直徑三角內(nèi)錐花鍵應(yīng)用及加工工藝[J].現(xiàn)代零部件，2006，(03)：92-94.