在發(fā)動機的制造中，其起動齒輪的加工具有較高的精度要求，應結(jié)合其具有的薄壁件特點，進行加工工藝改進。為此，先概述某型號發(fā)動機的起動齒輪生產(chǎn)，然后分析實際加工存在的熱處理變形、位置精度較低和垂直度差異等問題，基于較高的廢品率和較低的效率，需要進行工藝改進。最后，展開改進線路研究，做好零件材料選擇、熱處理工藝優(yōu)化、工裝設備完善和加工參數(shù)改進等工作，上述方案有效落實后，有利于提高起動齒輪的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。


      某型號起動齒輪屬于薄壁盤型結(jié)構，基本特征如下：零件直徑Φ317.6、壁厚11mm;齒輪齒數(shù)149齒、端面對內(nèi)孔基準Φ290H7的垂直度為0.04mm、分度圓上齒圈對內(nèi)孔跳動0.15mm、端面開25°、35°的齒輪嚙合引導槽共計149個;起動齒輪要整體滲碳淬火。在企業(yè)進行齒輪的加工中，首批共計加工8件，不過結(jié)合實際的熱處理作業(yè)看，齒輪加工后存在內(nèi)孔變大的問題，且內(nèi)孔橢圓約1.6mm、端面不平度約3mm，后期無法進行齒輪尺寸校正，零件報廢率高。因此，要進行齒輪加工工藝的改進。


      首先，參考齒輪零件結(jié)構，多應用零件內(nèi)孔+端面留余量+高頻淬火后補充加工等工藝，在高頻淬火后預防內(nèi)孔尺寸、形位公差、齒圈跳動和垂直尺寸出現(xiàn)較大變化，滿足生產(chǎn)精度要求。其次，傳統(tǒng)的加工路線如下，先開展毛坯處理，然后依次進行外形面粗車→ 銑齒操作→ 齒面倒角處理→ 高頻淬火工藝→ 車工(半精車內(nèi)孔和端面)→ 磨工(對內(nèi)孔、端面進行精磨)→ 成品檢驗。最后，在實際高頻淬火中，應確保齒部在直徑不小于Φ311.5mm范圍內(nèi)，其齒表面硬度(HRC)≥50、芯部硬度(HB)197~229。


      首先，對于零件組合定位端面而言，其內(nèi)孔基準Φ290H7的垂直度要求為0.04mm，不過受到較多因素干擾，如測量面直徑、零件基準長度等方面因素影響，垂直度存在差異。其次，零件加工需要進行調(diào)質(zhì)和高頻淬火，在高頻淬火溫度在900℃下，容易在熱處理零件受熱不均下，出現(xiàn)零件變形、裂紋等問題，且無法修復。最后，在要求起動齒輪和對象件可以有效嚙合時，其零件齒形面和引導槽應一次裝夾加工，保證具有相互角向的位置關系。不過在實際加工及安裝中，容易受加工精度、環(huán)境因素等方面干擾，存在位置精度問題。


      零件材料選擇:原起動齒輪的加工材料選擇20CrNiMo，在經(jīng)過工藝流程中的整體滲碳淬火后，對應指標要求如下：表面硬度(HRA)80±2、滲層深度為0.5~0.7mm、芯部硬度(HRC)≥30。不過結(jié)合滲碳淬火操作看，淬火后其零件有著變形大的問題，且無法矯正。在原因分析中，主要原因為淬火溫度高且實際零件受熱不均勻，進而在加工熱應力釋放中存在起動齒輪的變形。在深入對零件材料組織成分和材料成分的研究中，其制造材料的性能尤為關鍵，可以將零件替換為45A鋼，能保證齒部高頻淬火后，相關的表面硬度、芯部硬度符合標準要求。

      熱處理工藝優(yōu)化:熱處理環(huán)節(jié)作為起動齒輪加工的關鍵，需要做好以下工藝的優(yōu)化：第一，在起動齒輪的旋轉(zhuǎn)加工中，齒輪和感應墊圈的間隙會影響零件的受熱效果。在夾具有效固定及優(yōu)化中，結(jié)合經(jīng)驗需要控制感應墊圈和零件的間隙在3～5mm之間;第二，結(jié)合實際生產(chǎn)，日常中起動齒輪在淬火時易出現(xiàn)裂紋問題，究其原因在于淬火冷卻后期當齒輪內(nèi)部馬氏體相變在基本完成時，其齒輪仍存在較大的拉應力，且當拉應力大于材料的最大允許應力下，容易出現(xiàn)脆性破壞;第三，因此，在冷卻優(yōu)化中，可以取消水噴射冷卻方式，進而應用緩慢冷卻的淬火介質(zhì)(濃度10%的ZM- P淬火介質(zhì))，能降低冷卻速度，避免零件齒部棱角、截面凹槽等部位產(chǎn)生裂紋。

      工裝設備完善:完成熱處理工藝的優(yōu)化后,要注意配套高頻淬火夾具的改良,進而降低夾具與零件接觸面,防止零件受熱不均勻問題。具體完善策略分為以下方面：一是,針對夾具零件定位的支靠面外徑尺寸,由以往的Φ309mm改為Φ300mm;二是,針對零件和夾具的支靠面寬度尺寸,由以往的9mm改為4mm;三是,針對零件固定用的壓板,取消其應用可確保零件無外力干擾,在自由狀態(tài)下進行加工操作;四是,為預防零件受熱不均勻而變形,要求零件內(nèi)圓和夾具配合的間隙小于0.1mm,并關注零件定位面相對于夾具的安裝定位基準,保證跳動小于0.05mm。基于上述四種策略,可提高零件旋轉(zhuǎn)擺動的控制效果,解決夾具擺動過大、齒輪和夾具接觸面過大等問題,在保證齒輪的受熱均勻下,降低熱處理變形概率。最終,經(jīng)過實踐,零件加工熱處理中,其變形量在0.15mm范圍內(nèi)。

      加工參數(shù)改進:在起動齒輪的加工中，為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)中，其起動齒輪可以跟對象件完成有效的嚙合，在實際加工中要求零件齒形面和引導槽進行一次裝夾加工。在依次裝夾加工中，可以進一步提高加工的效率。具體而言：第一，齒型面的加工分為兩次粗銑、一次精銑;第二，倒角面的加工分為一次粗銑、一次精銑;第三，結(jié)合齒輪結(jié)構及材料的相關特點，對抬高速度、下刀速度、進給量、空刀距離、主軸速度等參數(shù)進行優(yōu)化，可參考表1。結(jié)合以往加工具有的齒數(shù)加工多、齒型面結(jié)構小和刀具易磨損等特點，每一件材料的加工需要32h，效率較低。而優(yōu)化加工參數(shù)后，每一件材料的加工僅需要19h，加工效率得到有效提高。

      工藝路線調(diào)整:在啟動齒輪盤的組合安裝中，其過盈量為0.578～0.464mm，在具有較大的過盈量下，容易出現(xiàn)零件的內(nèi)孔變形，需要對齒輪零件進行加工線路的調(diào)整。具體路線：第一，粗加工齒型面(車工操作)→ 零件去內(nèi)應力(穩(wěn)定性處理，預防變形);第二，進行端面加工(磨工)→ 對型面進行精加工(車工);第三，對倒角和齒進行加工(數(shù)控)→ 完成毛刺的去除(鉗工);第四，開展高頻淬火→ 鍍絡→ 檢驗。在線路改進后，經(jīng)過實踐其零件變形問題得到有效改善，可保證起動齒輪的行位公差、尺寸符合設計要求，使零件組裝具有可靠性。最后，對起動齒輪齒圈相對起動齒輪盤Φ57 mm的內(nèi)孔跳動進行檢查，結(jié)果為0.14～0.1mm，零件合格率100%。


      起動齒輪作為發(fā)動機的關鍵零部件，需要從加工工藝優(yōu)化出發(fā)，進行起動齒輪的加工完善。具體而言，零件材料選擇45A鋼，在熱處理工藝優(yōu)化中，決定選擇緩慢冷卻ZM-P淬火介質(zhì)(濃度10%)，能輔助生產(chǎn)預防零件高頻淬火裂紋，工裝設備的完善，可將夾具零件定位支靠面的外徑尺寸Φ309mm改為300mm，基于材料及零件結(jié)構的特點，進行切削參數(shù)等方面的優(yōu)化，調(diào)整加工工藝路線，可預防零件尺寸、形位公差的問題。最后，經(jīng)過試驗其齒輪的成品合格率有效提高。

      參考文獻略。