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自动变速器齿圈具有高速、高精度以及壁薄等特点，传统工艺采用插齿或螺旋拉齿工艺进行生产制造。近些年，国外汽车零部件企业采用插滚等工艺来加工齿圈，也获得 了良好的经济效益。刮齿，又称插滚，是一种齿轮持续切削工艺。这种技术集成了滚齿和插齿两种工艺，从技术层面解释是一种介于“成型齿”和“滚齿”之间的加工过程，可以实现快速加工对紧密度有严格要求的齿轮。根据零件需求，刮齿机可建在立轴基座上，也可建在水平轴基座上。紧凑设计、机器热稳定性以及液压高精度保证了加工质量，使得最终零件表面粗糙度很低。根据应用需要，插滚机可以与刮齿及车削端面组合，或者组合滚齿、钻孔、铣削加工或直齿斜齿，是齿轮最有效率的替代工艺。  在20世纪初，刮齿工艺被发明出来，但该技术由于对机床、机床控制技术以及切削刀具有非常高的要求，在当时可行性很低。随着加工中心、刀具及涂层工艺发展，刮齿工艺逐渐得到关注，目前已被广泛应用于多个领域之中。 刮齿工艺生产效率要高于滚齿或插齿，特别在目前国内生产传动装置中内齿齿轮应用频率不断提升背景下，强力刮齿加工内齿圈要比插齿具备更高的生产效率和精度。 通过刮齿工艺可以平衡热处理后的扭曲问题，使热后齿形数据改变至理想区域。刮齿机加工技术一般通过插齿刀等旋转刀具，与工件形成轴交差角度，并使两者同步旋转， 进而进行切削加工。刮齿工艺切削速率取决于轴交角和工件主轴转速。 目前使用桶形多刃旋转刀具——“超级刮齿刀”进行加工时，能够获得较大的轴交差角，可以在提高切削速度和加工精度的同时，延长刀具寿命。另外，可使用普通插齿刀并根据工件形状区分使用。 安装刀具的主轴与安装工件的工作台轴均采用直驱电机，在保证高同步精度的同时，通过连续咬合加工使刀具齿形高精度地复制到工件上，从而实现高精度加工。在 X、Y、Z直线3轴进刀中加入滑移导向面，实现产品加工高刚性。此外，考虑到热和力流动，刀具要采用左右对称结构，确保定位精度。两者接触点受轴交差角度影响，在刀具轴方向上会产生滑移，从而实现高速加工。但相对来说， 这种切削角度容易变成钝角加工法，存在着刀具损耗明显的危险。 在齿形形成过程中，插滚刀具将滚齿和插齿运动结合起来，使刀具安装轴与工件安装轴形成轴交角，然后刀具沿工件轴向走刀，切出相应的工件。刀具的形状分为两种， 即碗类和盘类，当工件为直齿时，刀具应为斜齿；当工件为斜齿时，刀具一般做成直齿；当加工为渐开线齿形时， 其法向剖面内的齿形成型为渐开线。理论上，刀具的切削刃形状应按刀具与工件啮合时刀具齿面上的接触线进行制造，所以当刀具是直齿时，切削刃就在刀具端平面上呈渐开线形；当刀具是斜齿时，切削刃则为渐开线螺旋面与回 转双曲面的交线；在加工齿轮时，刀具切削刃就在啮合过程中的接触线位置上，用钝后对其进行刃磨，就会获得良好的切削性。 与刮齿工艺相比，插齿需要通过反复运动才能加工出齿轮，这种运动在执行完一次切削后，还需再进行一次非加工性空回程，而刮齿工艺则省去了这一不必要的非切削时间。与插齿加工相比较，刮齿工艺生产效率是插齿的4～4.2 倍；而从加工精度方面分析，插齿加工精度为DIN7级，刮齿工艺为DIN6级，为此若在相同加工精度情况下， 刮齿工艺所具有的潜在生产效率是插齿的6～8倍，单件生产刀具费用分摊更少，所以刮齿工艺是有望取代插齿成为一种极具经济价值的加工工艺。 而与拉削工艺相比，刮齿工艺具有更高的灵活性和加工质量。拉削工艺刀具加工周期较长，生产灵活性也比较低，而刮齿工艺仅需要一次加工装夹，就可以确保零件具有较高的灵活性和质量。最重要的是，刮齿工艺加工机床与刀具的结合可以在一定范围内对齿轮齿向进行柔性调整， 大大降低了工件质量对刀具的依赖性，这是拉削工艺所不可比拟的，既提升了整个生产过程的加工精度，又缩短了刀具准备周期。 虽然刮齿工艺比插齿具备更多优势，但强力刮齿目前尚不能完全取代插齿加工，如工件模数大于8mm、工件直径大于800mm以及刀具和工件之间产生干涉时，就只能采用插齿加工法。 德国profilator维拉采用专利旋分技术，可加工出多种形状不同的齿形，如内外圆渐开线、非渐开线和非几何对称齿形等，且无需退刀槽。强力插滚机传感器可以在刀库里更换，避免铁屑混入。而传统工艺需要5台以上机床分序加工，分别为车削、拉削、倒角、铣槽和倒锥。且生产中要耗费大量人力物力。虽然可采用成型加工技术进行生产，但成品后工件存在内外齿形错位以及对称度不良等问题。德国profilator维拉插滚机可以有效集成上述工序， 即在单台插滚机上将齿圈毛坯加工成成品，而制齿、倒角、油槽和倒锥步骤一气呵成。维拉插滚机全部加工均为干式加工，无需冷却液，符合环保要求，具有投资少、占地少、 单机人工费低、节省原材料、工件检测成本低、工序集中、 检测环节少、刀具成本低和节能的优点。 对于内齿加工来说，采用强力刮齿时，要提前考虑热处理后的形变问题，而采用插滚工艺可以对工件齿几何与顶锥进行精确且独立偏移编程。通过一系列优化措施，能够更好地进行加工，达到提高齿轮抗噪功能的目的。 在强力刮齿工序中，刀具轴和齿轮轴交错，刀具和齿轮轴所形成的角度决定了生产效率，角度越大，生产效率越高。刀具与齿坯交角与工件以及刀具的螺旋角有关，三者关系如式（1）所示。 ∑=β1±β2 （1） 式中，β1 为刀具螺旋角；β1为工件螺旋角。加工内齿轮时，+ 表示刀具与工件旋向相反；- 表示刀具与工件旋向相同，具体组合如图1所示。 图 1 刀具与工件组合图 图 1 中，α 是刀具后角；R 是刀具起始半径；H 是刀具高度。 其中各数值之间的关系如式（2）、式（3）所示。 L2=Rsin∑ （2） L1=H/sinα×sin(α-∑) （3） 所以，刀具退出工件最大距离L计算方法如式（4）所示。 L=Rsin∑+H/sinα×sin(α-∑) （4） 我国相关学者及企业研究人员在插滚原理基础上，建立了插滚误差数学模型，如图2所示。通过刀具、工件高速旋转和工件沿轴向进给，对切削速度 v 随切削点在刀刃上的不同位置变化情况进行了研究，从而实现了具有剜和 削双重功效的切削过程，并且每次切削量非常小，在该试验过程中，刀具转速为 ω1；工件转速为 ω2；工件沿轴向进给速度为 v0，考虑刀具附加转动之后，其角速度变化量如式（5）所示。∆ω=2v0sinβ1/mnz1 （5） 图2 插滚误差数学模型 刀具、工件转速以及工件沿轴向进给速度之间的关系如式（6）所示。 ω2=z1/z2×ω1-2v0sinβ1/mnz2 （6） 盛瑞传动股份有限公司生产的8档自动变速箱如图3所示，有3个行星排齿圈，外圆尺寸大体近似。本文以P1齿圈为例展开讨论。
图3 8 档自动变速箱 P1齿圈模数为1，齿数为89，材料为42CrMo。在强力刮齿前，针对工件和刀具参数编程，加工10件；热处理后经INTRA齿轮啮合仪检测结果如表1所示。 表 1 P1 齿圈调整前参数变化值
可知，左右齿面fhβ均在图纸要求的-0.006±0.012mm范围内，但右齿面不理想。经调整顶锥参数后，决定加大右齿面 fhβ 螺旋角偏差。调整后加工的工件经热处理氮化后数据如表2所示。 表 2 P1齿圈调整后参数变化值
可以看出，左右齿面fhβ均在图纸要求的-0.006± 0.012mm 范围内，经装配NVH台架试验，噪音值符合设计预期。 在批量多品种生产中，高效刮齿工艺以柔性高、微调准、工件研发周期短以及质量高效稳定等特点成为传统工艺的 一种主要替代方案，对fhβ进行调整，既可提高热后成品合格率，又能够缩短自动变速器改善噪音研发周期，减少了对刀具尺寸的依赖，希望该工艺在未来能够得到更加广泛的应用。  转自：齿轮传动
意大利瑟肯渗碳／氮化／防氧化保护涂料 |
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