硬车工艺在变速器零件生产中的应用

   在观看作者文章以后发现，作者在硬车应用中有较深的认识，此文对硬车的介绍也非常到位，非常值得我们学习，其实微量润滑在硬车的应用中也非常广泛，比如微量润滑在齿轮硬车中的应用，本申微量润滑在转向零部件中的硬车应用，微量润滑在模具配件硬车中的应用等等。

郭学永 李 贺

单位：北京汽车动力总成有限公司

来源：金属加工（冷加工）2016年第24期 

变速器是汽车的核心部件之一，可以实现传递动力、改变传动方向和速度等功能。随着轿车的普及和整车性能的提高，变速器产品技术和质量水平也得到了较大提升。本公司作为某汽车品牌变速器供应商，具有较高的变速器及其零部件制造水平。

齿轮、轴和壳体作为变速器的核心零部件，由本公司自主生产，其加工质量水平对变速器整箱性能有较大影响。齿轮和轴的基本工艺流程为热前加工、热处理、热后加工。热后加工作为零件的最终加工工序，加工精度要求为微米级。本单位现有热后加工工艺方法主要为磨削、硬车及磨齿。

硬车是指用车削的工艺方法作为淬硬钢的最终加工或精加工。随着高硬度切削材料和相关机床的发展，PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金刀具在新型车床或加工中心上对淬硬钢进行车削，其加工质量可以达到精磨的水平。大多数硬车的应用是替代磨削，目前，车削的硬度极限可达到68HRC。在发达国家硬车技术已被普遍应用，可加工各种零件，是代替磨削的经济性加工工艺。

为验证硬车工艺在汽车变速器行业的加工效果和推广价值，以某变速器零件为例，通过硬车加工试验，得出了热后硬车工艺具有提升节拍、提高加工质量、降低加工成本等优点的结论，具有推广使用的价值。

1.试验背景

（1）原加工工艺。某齿轮热后加工作业流程为：硬车内孔及锥面、磨齿轮凸端面。使用两台机床，由两位操作工完成加工。其相应加工工序如图1、图2所示。

图1 op050硬车内孔及锥面

图2  op055磨齿轮凸端面

（2）试验目的。磨削加工需要高精度和稳定的设备，由较高技能的人员来操作。为推进现代化生产模式，提升生产能力，需要寻找相关替代工艺，以减少对设备和人员依赖程度，降低生产和质量风险。

本次试验使用我厂现有设备，可以开发设备的加工能力，提高设备利用率和运转率。通过探索硬车的优势和劣势，积累工艺经验，为工艺不断改善提供可能。

（3）试验难点。由于工件内孔较小，且刀杆需要从内孔移动至工件上侧采取反车的方式加工，故要求刀杆直径较小，强度可能不足，且反车工艺本身就较易产生振颤。同时，被加工材料硬度为58～63HRC，硬度较高、切削抗力较大，故而工件加工表面质量可能较差。

2.试验过程

（1）加工准备。试验方案：在现有加工设备和工艺装备基础上，根据装夹方式不同，制定了两套加工方案：①一次装夹完成所有工序加工。②两次装夹，分为两个工序完成加工。两套方案均需要重新开发刀具，不同之处在于方案①仅需要对现有夹具进行适当调整，无夹具投资，但是单序加工节拍增加；方案②需要重新采购一套夹具，成本较高，同时需要另外使用一台车床，但是可以降低加工节拍。为减少设备和工装投资，同时考虑到原硬车工序节拍并非加工瓶颈，故决定采取方案①开展试验。

试验装备。加工设备：Emag VSC 200 倒立车床；测量仪器：表面粗糙度仪、偏摆仪、高度仪；试验材料：渗碳淬硬钢16MnCr5。

夹具调整：该机床现使用夹具为SMW节圆夹，主要组件包括夹爪、定位块、喷气嘴及夹具本体。三个夹爪对工件节圆夹紧，定位块作用于工件上端面，喷气嘴位于夹具中心从工件内孔向下喷气，用于排除切屑。现由于需要使用车刀加工工件上端面，刀具需要从内孔进入工件上端，故与喷气嘴干涉。通过查找夹具图样，确认喷气嘴可以拆卸，拆除后试装夹，工件可以正常装夹。

图3  夹具

刀具选型：在一次装夹情况下，对工件正反两面均需要车削，则反面必然需要采取反车工艺，需选取直径较小、强度足够的刀杆和合适的硬车刀片。经过与多家刀具厂商沟通，获得数种刀具方案如表1所示。

表 1  刀具方案

热后硬车加工一般使用CBN和PCBN刀具，其中PCBN刀具具有更高的加工精度、切削效率及刀具寿命。在以上诸多刀具方案中，从品牌知名度和性价比的角度综合考虑，本次试验决定选用品牌A的刀具，刀具如图4所示。