某型變速器一擋和中間軸通過花鍵壓裝連接，實現600N·m轉矩的傳遞，簡化了中間軸結構，有利于中間軸加工。然而一擋齒輪采用內花鍵結構，熱處理后變形大(M值在軸向呈現錐度且超差)，影響塞規檢測，引起裝配不合格。當前對內花鍵變形的研究，總結起來的相關經驗主要是通過結構設計優化，控制材料淬透性，熱處理工藝調整，或者機加工方式的變化(改變拉花鍵方向，熱后拉花鍵)等。本文結合零件實際結構和狀態，研究零件的熱變形控制。

　　一、問題提出

　　變速器7T800機型是某世界汽車巨頭全球新車型的傳動系統，其一擋齒輪結構設計為內花鍵，與中間軸外花鍵通過壓裝相配連接。該零件的內花鍵較長，內孔壁厚變化較大，熱處理(滲碳淬火)時內孔徑向變形不一致，導致內花鍵上中下三段M值不同，呈現軸向錐度，如圖1所示。該熱處理變形導致的不合格率約為10%，對產品質量和交付造成了較大影響。

　　二、熱處理變形的改善

　　原材料

　　一擋齒輪材料為20MnCr5，材料冶煉要求高，與常見的20CrMnTi和20CrMoH相比熱處理后的變形量小。淬透性的變化會帶來淬火后的尺寸變化，材料設計上選擇低淬透性并收窄淬透性帶寬，末端淬透性按J5= 37～41HRC，J9=29～33HRC，J15=26～30HRC控制。

　　機加工藝

　　一擋齒輪內花鍵是通過拉花鍵方式加工。由于上下兩端結構不對稱，且內孔一端突出輪輻較多，形成凸臺，因此加工內花鍵的方式有正向和反向拉花鍵兩種方式，如圖2所示。

　　抽取正向和反向拉花鍵的產品各30件，測量內花鍵M值進行雙樣本T分析。H0：正向與反向拉花鍵對M 值沒有顯著差異;H1：正向與反向拉花鍵對M值有顯著差異。分析結果如圖3所示，P值<0.05，拒絕H0，正向和反向拉花鍵的一擋內花鍵M值存在明顯差異。因此，確定熱前改用反向拉花鍵的工藝。

　　熱處理

　　熱處理過程是控制和改善零件熱變形的關鍵工序，主要從以下三個方面做改善。

　　(1)焊接應力 該零件為齒輪齒圈焊接結構，考慮焊接產生較大的應力可能引起內花鍵變形大，采用200℃回火2h的方案進行驗證。取去應力回火(200℃×2h)和正常生產的零件各30件，測量M值進行雙樣本T分析。H0：熱處理前回火去應力對M值沒有顯著影響;H1：熱處理前回火去應力對M值有顯著影響。分析結果如圖4所示，P值<0.05，拒絕H0，去應力和不去應力的一擋內花鍵內花鍵M值存在明顯差異。據此，零件焊接探傷后增加去應力回火工序。

　　(2)攪拌速度 理論上降低淬火烈度，有利于淬火變形的改善。通過改變淬火攪拌速度，降低淬火油的流量，驗證內花鍵的熱變形變化。不同攪拌速度的驗證結果如圖5所示，從四種攪拌速度統計數據看，600r/min淬火的M值數據均值靠近中差，且標準差最小，數據更優，配合拉刀的調整可以實現熱后M值合格。

　　(3)工裝及裝爐方式 工裝主要分為補償變形和自由變形兩種方式;裝爐方式主要分為串裝吊立和平放疊裝兩種。

　　通常而言，串裝吊立方式會因為零件自重帶來蠕變，內孔圓度變差，內花鍵錐度和周累變大。而平放能使零件徑向冷卻均勻，周累和錐度變形較小。然而該零件的結構特殊，齒輪大而輪輻薄，且內孔上下結構不一致，平放時的變形程度更加嚴重。因此結合該零件內孔有凸臺，并非對稱結構，做平裝并增加補償套的方式，對比用補償芯軸串裝吊立的方式來驗證能否減少內花鍵變形。驗證結果如圖6所示，熱處理平裝和串裝的一擋內花鍵M值存在明顯差異，且串裝的均值和標準差好于平裝。

　　三、結語

　　通過上述多個影響內花鍵變形因子的驗證，針對該一擋齒輪實施以下措施：

　　1)簽訂材料標準，收窄淬透性帶寬。

　　2)拉花鍵工藝固化，采用反向拉內花鍵。

　　3)焊接后增加去應力回火處理。

　　4)降低淬火有攪拌速度。

　　5)采用補償芯軸串裝方式裝爐熱處理。

　　上述措施實施后，一擋內花鍵熱處理后M值合格，且錐度由0.08縮小為0.04，效果顯著。

　　參考文獻略.