1、
齿轮中间轴热处理变形异常零件校直策略分析
摘要：本文针对变速箱齿轮中间轴部分零件热处理后变形较大、硬度较高，校直异常困难的情况，通过拉伸试验确定了抗拉强度极限，结合有限元分析软件计算出了最大校直行程；通过理论分析，给出了一种针对变形异常件的校直策略；最后，通过现场试验，验证了校直策略的正确性，能有效的指导变速箱齿轮中间轴校直工艺的生产现场，对变速箱的轴类零件校直质量提升具有重要的指导意义。
关键词：齿轮中间轴，校直，热处理变形，硬度，裂纹，断裂
齿轮中间轴作为变速箱的重要组成部
2、分，其质量优劣关系到整车的传动效率、换挡平顺性以及寿命。目前国内重卡变速箱中间轴校直工艺均停留在经验试错的方法上，缺乏指导性，且由于钢材材料元素、热处理指标、机加工等影响因素，零件到达校直工序时变形往往范围较大，且规律无章可循，导致校直机参数无法适用所有零件，增大最大修正量后校直断裂的情况时常发生，现场操作人员苦不堪言。针对此种情况，通过拉伸试验、校直策略分析、现场试验验证等方法得出了校直参数推荐值，为操作人员提供了参考。
1、拉伸试验及软件结果分析
校直工序是一种通过外力使热处理变形零件发生塑性变形的加工过程，校直行程大小关系到加工效率的高低，同样，行程不合适会导致断裂、出现裂纹的情况发
3、生，不同材料的抗拉强度、屈服强度、弹性模量不同，通过投制试棒，进行拉力试验，得到变速箱齿轮中间轴材料的相应参数，在有限元软件中通过材料属性的定制设置，来得到所需要的应力-应变云图。
针对拉伸试验，对投制的试棒进行和变速箱齿轮中间轴相同条件下的热处理，将试棒进行编号，并涂色做标记，以测量断面收缩率，完成以上工作后进行拉伸，获得相应的指标数据及拉伸曲线。拉力试验机给试棒加载直至试棒断裂为止，计算机记录应力-应变曲线如图1所示，得到抗拉强度、弹性模量等数据如表1所示。需要说明的是，拉伸试验一般需要多根试棒进行重复验证，条件允许的情况下，试棒数量越多，拉伸试验得到的数据则更为准确，但会带来试验成本的
4、上升，在材料批次、种类、供货厂家相对稳定的情况下，3-5根试棒可以满足要求。
图1 试棒应力-应变曲线
表1 拉伸试验数据统计表
类别
试样标识
抗拉强度 Rm/ MPa
规定塑性延伸强度 Rp/ MPa
断后伸长率 A/％
断面收缩率 Z/％
弹性模量 E/ MPa
第1根
1797-1
1174
1134
-100.0
100
198989
第2根
1805-2
1130
-100.0
100
219730
第3根
1833-1
1149
1110
-100.0
100
201022
通过3根试棒的拉伸试验，抗拉强度及弹性
5、模量取三者平均，即抗拉强度为 MPa，弹性模量为 MPa，根据以上数据对模型材料进行定义，之后采用有限元软件进行分析。
图2 有限元分析云图
以上述零件为例，通过仿真得到齿轮中间轴最大校直行程约为2.9mm时，校直机最大修正量设定值建议不超过此数值，否则可能会出现断裂及产生裂纹的情况。为了产品质量及安全性原则，取安全系数 ，最大行程约为 mm。
2、齿轮中间轴校直策略分析
针对变速箱齿轮中间轴热处理变形较大、硬度较高，难以校直的情况，对校直过程定义了三个阶段，不同阶段的特点表现有较大差异。第一阶段为显著恢复阶段，具有校直下压作用明显，轴外圆跳动值迅速减小的特点。第二阶段为弹性反复阶
6、段，具有外圆跳动值介于某两个值之间，经常出现压反的特点。第三阶段为趋近合格阶段，具有两测点有一点达到合格量，另一点趋近合格量，出现两点合格与不合格轮换，直至两点全部合格的特点。
对采用经验公式作为校直算法的设备，如果在弹性反复阶段一直增大最大修正量来减小跳动值，则会出现校直断裂的情况，给轴的质量带来风险的同时也会对设备产生损害。当难以矫正的零件处于弹性反复阶段，会出现校直机一直用最大修正量来校直零件，但两测点跳动值一直维持在某两个值之间，变化微乎其微且偶尔还有上升的趋势，此时需要通过修改初期合格量来调整压点，使压头频繁压轴端一侧压点，来带动轴中间位置跳动值减小，同时，需要减小累加量c的值。校
7、直经验算法公式
（2-1）
——校直行程，mm；
——径向跳动量，mm；
——校直系数；
——校直合格量，mm；
——初次下压量，mm；
——校直次数，mm；
——累加量，mm。
以上述零件为例，根据校直计算公式（2-1）及生产实践，a一般取值为0.9-1，计算时取a=0.9，合格量 为50μm。最大修正量 约为[2800-2900μm]，c取经验值100μm，中间轴变形异常跳动值 为[800-1000μm]时，可以根据公式得出b值得范围为[1945-2225μm]。如果零件硬度较大、变形较大难以矫正，b值可以在范围内取较大值，反之只是变形较大校直难度中等时b值可以在范围内取
8、较小值。
3、现场试验验证
通过现场设置校直机参数进行试验验证，达到了预期效果，校直零件现场情况改善显著，加工效率得到了提升，也未出现校直裂纹或者断裂的情况。需要注意的是，变速箱中间轴热后校直工序影响因素较多，如钢材材料、毛坯锻造、热处理工艺、机加工工艺等等，需根据现场情况灵活应用。
结语
校直为齿轮加工热后工序，前期的机加工如车削、滚齿、磨齿等工序均已完成，附加值较高，一旦在校直工序出现断裂或者裂纹，将会造成较大的成本损失，故校直工序的重要性不言而喻。本文通过拉伸试验、有限元分析、现场验证解决了现场变速箱中间轴批次变形难以校直的情况，对产品质量提升具有重要意义。
-全文完-
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