一文看懂汽车变速器壳体、轴、齿轮加工工艺

这是夹具侠（jiajoin）发布的第 1492 篇技术文章

目前，多数汽车变速器搭载的是手动变速器，匹配发动机排量为0.8～1.8L，搭载于经济型轿车上。随着近年的发展，逐步往自动变速器发展。变速器主要涉及核心零件轴及齿轮、壳体的生产、总成装配、试验检测等过程在公司内进行。

图1

一、第一部分：齿轮、轴类零件

1. 齿轮加工工艺流程

根据不同结构要求，齿轮零件加工主要工艺流程采用的是锻造制坯→正火→精车加工→插齿→倒尖角→滚齿→剃齿→（焊接）→热处理→磨加工→对啮修整。

热后齿部一般不再加工，除了主减从齿或顾客要求磨齿的零件。

2. 轴类工艺流程

输入轴：锻造制坯→正火→精车加工→搓齿→钻孔→插齿→倒尖角→滚齿→剃齿→热处理→磨加工→对啮修整。

输出轴：锻造制坯→正火→精车加工→搓齿滚齿→剃齿→热处理→磨加工→对啮修整。

3. 具体工艺流程

（1）锻造制坯

热模锻是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。以前较广泛采用的是热锻和冷挤压的毛坯，近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大量推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后续加工余量小而且生产效率高。

（2）正火

这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效地减少热处理变形。一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响机加工和最终热处理；使得热变形大而无规律，零件质量无法控制，对刀具的磨损也较大，尤其对搓齿这种受力大的工序更是明显。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用这种等温正火有效地改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。

（3）精车加工

为了满足高精度齿轮加工的定位要求.齿坯的精车加工全部采用数控车床.齿轮先进行内孔和定位端面的加工，然后另一端面及外径加工同步完成。既保证了内孔与定位端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。

轴类零件加工的定位基准和装夹主要有以下三种方式：

1.）以工件的中心孔定位：在轴的加工中，零件各外圆表面、端面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。

中心孔不仅是车削时的定位基准，也是其他加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。

2）以外圆和中心孔作为定位基准（一夹一顶）：用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。

3）以两外圆表面作为定位基准：在加工空心轴的内孔时，（例如：机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。

（4）搓/滚/插齿

加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀可方便地进行。经过涂镀的刀具能够明显地提高耐用度，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显著。

对于花键的加工，为解决插齿效率低的问题，可以采用搓齿进行加工，效率大大提高，加工一档花键需要 10～30s的时间。加工的插齿设备主要有德国Gleason-Pfauter插齿机、南京YS5120CNC等，滚齿设备主要有日本KASHIFUJI 数控滚齿机、重庆YS3118五轴数控滚齿机、YKX3132 数控滚齿机等，滚齿设备主要有德国EXCELLO搓齿机和日本KASHIFUJI搓齿机等。

（5）剃齿

径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现的优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。齿形、齿向对汽车的噪声影响是较大的，通过对其修形和反扭曲修正可降低变速器的传动噪声。

（6）热处理

汽车齿轮要求渗碳淬火.以保证其设计要求的良好机械性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可缺的。

（7）磨加工

金属磨削的实质是工件被磨削的金属表层，在无数磨粒瞬间的挤压，摩擦作用下生产变形，而后转为磨屑，并形成光洁表示的过程。主要是对经过热处理的齿轮内孔。端面、轴的外径等部分的精加工，以提高尺寸精度和形位精度。齿轮加工采用节圆夹具定位夹紧，能有效保证齿部与安装基准的加工精度，获得满意的产品质量。磨削精度通常达到 IT6～IT7 公差等级，表面粗糙度可达Ra1.25～0.16um。主要的磨加工设备有德国BUDERUS、意大利 MORARA、瑞士STUDER、北京数控磨床等。

（8）磨齿

采用磨齿加工的齿轮具有低传动噪音、高传动效率和长使用寿命的优点。现在，随着磨齿机的效率的逐渐提高，砂轮性能也更好，高额成本得以大幅下降。由此，磨齿加工已开始大规模应用于汽车齿轮加工中，而且已达到普遍应用的程度。而且由于磨齿加工能去掉热处理畸变，因此许多齿轮箱均使用磨削齿轮，以更好地控制传动空程和噪音。磨齿加工工艺在整个齿轮行业中已基本成熟并在快速增长。主要的磨齿加工设备有美国Gleason-245TWG、德国KAPP300X 等。

（9）对啮修整

这是变速驱动桥齿轮装配前对齿部进行磕碰毛刺的检查清理，以消除它们在装配后引起的噪声异响。通过单对啮合听声音或在综合检查仪上观察啮合偏差来完成。也多采用的是自动对啮仪来检查毛刺、中心距、跳动。

二、第二部分：壳体类零件

1. 工艺流程

箱体类工件具有以下几个特点：一是加工内容多，需频繁更换机床、刀具；二是加工精度要求高，采用普通机床加工质量难以保证，且由工艺流程长，周转次数多，生产效率难以提高；三是形状复杂，且大部分为薄壁壳体，工件刚度差，较难装夹。以离合器壳体为例，一般具有轴承孔、倒档轴孔及二个大平面、定位销孔和合箱螺孔等，加工尺寸上百个，精度高的一般都在IT6-IT9 级，表面粗糙度为Ra0.8～3.2um，平面度、平行度为 0.05～0.1mm,垂直度0.01～0.02mm，同轴度、位置度 0.05mm 等。一般工艺流程是铣结合面→加工工艺孔和连接孔→粗镗轴承孔→精镗轴承孔和定位销孔→清洗→泄漏试验检测。

2. 加工设备

壳体类零件的加工设备主要分为两大类：组合机床和加工中心。传统的壳体加工生产线往往由组合机床构成的，为了加工一个零件需要20多道工序，大量的加工设备只是为了保证有限的产品种类，这种情况适合于单一品种大批量的壳体生产。针对目前汽车市场需求的逐渐多样化和产品更新换代的特点，组合机床生产线已经不能满足要求，取而代之的将是以加工中心为主的柔性生产线。加工中心有加工精度高、加工范围广以及一次装夹能完成多面加工的特性，已被大量采用。加工中心分为立式和卧式两种。立式加工中心适宜加工内容集中在同一个方向上的零件，卧式加工中心适合加工内容在不同方向上的零件，特别是需围转加工且同轴度较高的零件，两者的加工费用基本在 1：2 左右。

3. 控制方法

夹具方面：

变速器壳体的加工工序以采用“立式加工中心加工。10#工序+立式式加工中心加工 20#工序+卧式加工中心加工 30#工序”为例，需要三套加工中心夹具，其中 10#采用毛坯定位和支撑，20#、30#一般采用一面两销定位。压铸铝壳体的加工余量不大，一般为 0.8～1.2mm，在夹具设计过程中首先要考虑定位的准确性，其次是夹紧的位置必须是支撑的对应位置，避免工件的夹紧变形，还要考虑刀具干涉、操作灵活、多件一夹、快速切换等因素。

刀具方面：

在汽车零部件制造成本中，刀具成本占总成本的3%～5%，但是能够通过提高加工效率来达到影响总成本的20%～30%。模块式结构的复合刀具具有精度较高，刀柄可重复使用，库存量少等特点，被广泛采用，它可以大幅度缩短加工时间，提高劳动效率。因此，在精度要求不高、标准刀具能够达到比较好的加工效果时尽量采用标准刀具，降低库存，提高互换性。同时，对于大批量生产的零件，精度要求又高的零件采用先进的非非标复合刀具更能提高加工精度和生产效率。

变速箱加工方案参考（点击链接打开）：https://www.jiajoin.com/web/planDetail/5

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