汽车变速器齿轮内花键变形的全面控制

汽车变速器齿轮内花键热处理变形的全面质量控制

重庆顺淮机械制造有限公司 张声锡

重庆市璧山县青杠街道五显村五社

摘要：为了对汽车变速器齿轮内花键热处理变形进行全面有效的控制，本文从产品结构、材

料、锻造、预热处理、机械加工、热处理方面，分析了影响内花键最终变形的因素，在生产

过程中加强质量控制，让各工序处于受控状态，提高其变形规律性。

关键词：内花键、变形、全面质量控制

1、引言：

由于汽车变速器齿轮有很多内花键联接，内花键的最终变形，直接影响到齿轮的精度等

级及装配。在所有变形中，最主要的变形为热处理变形。但是影响热处理变形的因素很多，

产品结构、材料、锻造、预热处理、机械加工工艺、热处理工艺。为了控制热处理渗碳淬火

变形，必须对各工序进行全面的质量控制，对不合格品进行原因分析，并制订对策。

我们按工艺路线对各工序进行分析，找出影响质量的各种因素并针对性进行控制。

2、产品结构的影响：

我司为某司生产变速器里面的一个内花键齿轮，结构简图如下：

更改前 更改后

在没有和客户沟通时，按照￠39尺寸加工，热处理后花键有锥度，￠39这端花键大径尺寸

比另一端大径尺寸小0.04mm 。我司和客户进行了沟通，在不影响整体装配质量的情况下，

把￠39改为￠42，热处理后，花键锥度基本消除。从这一改进可以看出，在进行产品结构

设计的时候，除了考虑整个总装配的质量外，还必须兼顾单个产品的结构平衡，这样有利于

热处理变形的控制。

3、材料的因素：

20CrMnTiH 在齿轮行业得到普通的使用，由于受到冶炼水平等影响，原材料质量状况不

稳定，同时进货渠道不同，质量状态也有一定的波动，给变形控制带来很大的难度，从总体

来说，原材料对变形的影响如下：，

A 、材料淬透性是影响热处理变形的主要因素之一，淬透性带宽较小，变形较小，反之

则变形较大；

B 、材料的冶炼质量，钢材通过真空脱气处理后，材料纯净度高、杂质含量少、晶粒度

均匀，以氧化物为主的杂质大量减小。钢材晶粒度对变形有着明显的影响，随着晶粒度尺寸

增加，变形较大，因此要严格控制晶粒度的尺寸及混晶，晶粒度要求6-8级，同时，随着淬

透性的增加，变形率增大，因而在齿轮选择材料时，只要淬透性能满足要求即可，尽可能的

控制好淬透性带，以利于变形规律的统计和摸索。

要控制好热处理变形，我们必须对原材料进行有效的监控：

A 、指定钢材厂家，不能随意更换；

B 、不同批次的钢材， 要进行试验，满足要求才能使用，否则应做相应的调整；

C 、偏析严重、带状组织严重、原始组织粗大、非等轴晶粒的钢材不能使用；

4、锻造及预热处理的影响： 锻造可减少偏析，使组织均匀，带状组织减轻，因此有利于减少热处理变形。但要注

意锻造工艺的合理性，应使金属纤维流线的形状对称，锻坯充满模腔，锻造工艺尽可能一致，

否则停锻温度相差过大，也可能引起内孔胀缩不一。

为了消除锻造应力，均匀细化组织，保证硬度在要求范围内，锻坯必须进行等温正火，

等温正火的质量影响变形的均匀性，等温正火工艺必须严格执行，否则会使变形增大，失去

规律，难以控制。下图为变形较大的齿轮心部组织，组织极不均匀，呈方向性，使内花键变

形超差。

5、机械加工的影响因素

我司内花键采用长沙立式拉床（L5710）进行最终加工：

A 、精车工序要求比较高，端面跳动必须保证在0.01mm 以内，内孔尺寸￠28 +0.016/0，

内孔及端面粗糙度必须保证Ra1.6。

B 、拉刀设计时，齿升量、分屑槽、前角、拉屑齿数等完全按行业标准执行，拉刀材料和

热处理必须受控。通过试验证实热后大径收缩量为0.03-0.04mm 。所以制订拉刀是大径加上

了热处理变形量0.04mm ，

C 、拉床胎具平行度0.005，与机床垂直度0.005。

D 、拉屑速度1.5-1.8m/min, 拉屑压力10-13MPa

E 、拉刀不能过度使用，这样既损坯拉刀，又增加了加工应力，加大了热处理变形。所以

在拉内花键过程中，必须对外观进行全检，如果齿面没有光洁度，或者有拉伤现象，必须更

换拉刀。

通过对以上参数的固化，减少拉内花键工序对热处理后内花键变形的影响。

6、热处理工艺的影响因素：

齿轮热处理渗碳淬火时，必然产生不同程度的变形，由于装炉大，稍有不慎，会造成大

批量不合格品，甚至全部报废。通过经验总结和仔细研究，采取有效措施，可以大大减小变

形，影响因素主要有：

A 、装炉方式：

产品用圆形料棒串起来，横放在热处理工装上，如下图：

1）产品与产品之间的间隙>0.1mm；

2）料棒与产品内孔之间的间隙不能太大，也不能太小，0.5mm 最为合适；

3）料棒平直，不能弯曲；

B 淬火温度：

渗碳温度与淬火温度对内花键变形有很大的影响，渗碳温度与淬火温度越高，花键内孔的收缩量就越大，且淬火温度的影响更明显，淬火温度越高，产生的组织应力越大，变形就越大，但淬火温度不宜过低，否则会出现非马氏体，对零件的性能产生一定的影响。 C 均温时间：

渗碳温度降到淬火温度后，要有一定的均温时间，否则不能保证零件淬火温度的均匀一致性，这样会引起花键内孔变形不稳，为了减少变形，应在淬火温度均温1.5小时。 D 淬火介质：

淬火介质的冷却特性是影响齿轮内花键变形的重要因素，如果能合理的选择淬火介质，可以将内花键变形控制在工艺范围内，通过不断的调整和摸索，得到合理的热处理工艺，将内花键变形减到最小。

E 碳浓度：

渗碳齿轮的表面碳浓度、渗层深度会对组织的膨胀系数产生影响，如果渗碳时不对炉内碳势及工艺过程进行严格控制，每炉产品的表面碳浓度、渗层深度都不一致，变形就没有规律。 7结语：

文中没有列举相关数据，主要考虑到数据没有借鉴意义。因为热处理变形是一个复杂的系统工程，而且还具有一定的特殊性，不同的产品，机加工艺不同，不同的热处理炉，热处理工艺也会不同，但控制方法是相同的，只要掌握了正确的方向，根据实际情况，进行数据收集，然后调整和改进，总结出合理的工艺。总之，要对齿轮内花键热处理变形进行有效的控制，必须做到：合理的产品结构，合理的工艺，各工序都处于受控状态，才能将内花键热处理变形降到最小。

参考文献

《热处理手册》 机械工业出版社