汽车同步器齿套冷挤压倒锥刀具的修形方法

谢小辉

赣州群星机械有限公司 江西赣州 341000

汽车同步器的主要作用是，使变速器齿轮结合齿与待啮合的同步器齿套迅速同步，缩短换挡时间，并防止在同步前啮合而产生换挡冲击，让汽车更加平稳地行驶。其中齿套是同步器中一个复杂关键的部件，而倒锥加工又是齿套的一个复杂关键工艺程序。当汽车顺利换挡后，结合齿倒锥面与齿套倒锥面接触产生向里的防脱挡力，防止汽车在行驶过程中跳挡。所以如何保证齿套倒锥面的齿形加工精度关系到换挡后的稳定性，是一款变速器成功与否的一项关键技术。

齿套倒锥常用加工方法的比较

齿套在量产过程中，目前常用的倒锥加工方法有挤齿加工和摆线旋分加工。挤齿加工是通过挤齿刀具的刀齿与齿套内花键啮合挤压成形，成形后的齿套倒锥精度与挤齿刀具刀齿的齿形精度直接相关，挤齿加工的效率高，刀具成本低。摆线旋分加工是近年从国外引进的一种新的加工方法，刀具通过摆线运动的方式实现对齿套倒锥的切削加工，由于存在刀具旋转半径因素，摆线旋分加工的倒锥齿形在靠大径处的倒锥齿根部会形成圆角凸起，无法清根，从而影响倒锥的齿形精度，并且加工的设备及刀具均依靠国外进口，但齿套后续加工的工序少，工艺成本低，适合长生命周期产品的大批量生产。但是对于一般批量产品，目前还是广泛采用挤齿加工倒锥的工艺。

齿套倒锥要求及加工现状

公司生产的某型号同步器齿套如图1所示，倒锥齿的齿廓倾斜偏差fHα要求控制在±10μm以内，并且齿形要求为鼓形，鼓形量Ca要求+2～+5μm。用标准齿形的挤齿刀具加工后的倒锥齿的齿廓倾斜偏差fHα及鼓形量Ca见表1。

图1 某型号同步器齿套

表1 齿套倒锥齿齿形精度 （GB/T 10095.1—2001）

从表1可以看出，齿套倒锥齿的齿形精度与技术要求的精度相差较大，影响了同步器的使用性能，装机后汽车存在跳挡故障隐患。

改进方法

倒锥齿挤齿加工是挤齿刀具的刀齿与齿套内花键啮合后，通过挤齿刀与齿套做正向与反向的挤压来实现。成形后的齿套倒锥左右齿面的齿形精度，与挤齿刀具刀齿的左右齿面齿形精度直接相关，而且加工出来的左右齿面不对称，先挤的齿面吃刀深，反向挤压的齿面吃刀浅。为了实现倒锥齿的左右齿面齿形对称，按技术要求齿廓倾斜偏差fHα控制在±10μm以内，并且齿形的鼓形量要求Ca为+2～+5μm，根据实际加工的倒锥齿左、右齿面的齿形，对相应的挤齿刀的左、右齿面按不同的齿形要求进行修形，同时增加左、右齿面的齿形鼓形量要求，以改善挤后齿套倒锥齿的齿形精度。经多次实验验证，确定为如下方法。

1）将挤齿刀刀齿的左齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-3～-45μm进行修形，将挤齿刀刀齿的右齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-5～+5μm进行修形。

2）同时将挤齿刀刀齿的左右两齿面的齿形鼓形量Ca为-3～-6μm进行修形。

生产验证

生产中，将挤齿刀刀齿的左右齿面按以下3种修形组合形式分别进行进一步的验证：

1）将挤齿刀刀齿的左齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-45μm，右齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-5μm进行修形；并且左右两齿面的齿形鼓形量Ca均修形为-6μm。

2）将挤齿刀刀齿的左齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-35μm，右齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为+5μm进行修形；并且左右两齿面的齿形鼓形量Ca均修形为-3μm。

3）将挤齿刀刀齿的左齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为-40μm，右齿面按齿廓倾斜偏差值fHα为0μm进行修形；并且左右两齿面的齿形鼓形量Ca均修形为-4μm。

将以上3种通过修形后的挤齿刀进行了加工验证，加工出的齿套经检测后，倒锥齿形齿廓倾斜偏差fHα均在±10μm以内，鼓形量Ca均在+2～+5μm。完全满足同步器齿套倒锥齿齿形的精度要求。

为进一步验证以上方法的可行性，选用了两组挤齿刀进行挤齿加工的对比试验，第1组挤齿刀刀齿两侧齿面为未修形的标准齿形；第2组挤齿刀刀齿左齿面齿廓倾斜偏差值fHα为-40μm，刀齿右齿面齿廓倾斜偏差值fHα为0μm，同时左右两齿面的齿形鼓形量Ca为-4μm。用两种挤齿刀加工后分别得到A、B、C三种汽车同步器齿套，将加工后的A、B、C三种同步器齿套经德国WENZEL齿轮检测中心检测，倒锥齿的齿形精度对比见表2。

表2 齿套倒锥齿齿形精度对比 （GB/T 10095.1—2001）

从表2中可以看出，通过将挤齿刀刀齿的左右齿面进行修形的方法所加工出来的同步器齿套，花键倒锥齿两侧渐开线齿面齿形精度高，齿形精度由原10级提高至7级，能有效防止因汽车同步器齿套的花键齿齿形不良引起的同步器脱挡故障的发生，并且挤齿刀具修形方法简单，普通的磨齿机就可以实现，易于工厂进行大批量生产。