汽车齿轮的热处理工艺和加工工艺过程

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一、汽车齿轮的材质及性能
    目前，每辆汽车中通常有18-30个齿部，齿轮作为汽车行业主要的基础传动元件，其质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。并且齿轮的作用不同，选择的齿轮材料也不同，如汽车变速箱齿轮，驱动桥主动齿轮，驱动器差速齿轮等常采用20CrMoTi，20CrMo材料；汽车曲轴齿轮常采用35、40、45或40Cr材料。为了使汽车齿轮在使用过程中，获得较高的硬度，强度和弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)，常热处理工艺来提高齿轮的硬度，耐磨性和抗疲劳强度。
二、汽车齿轮的热处理工艺
    汽车齿轮常采用的热处理工艺有正火，调质，渗碳等工艺，其中正火是在加工零部件之前，为了去除材料的内应力和增加材料的硬度；调质和渗碳一般在齿轮粗加工之后，为了得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度，并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷，借以延长零件的使用寿命。对于不同的材质选择不同的热处理工艺，其中重要齿轮（如变速箱车轮20CrMoTi材质）需渗碳之后淬火、回火热处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在35～45HRC，表面硬度在58-64HRC。
三、齿轮的加工工艺
    齿轮的加工工艺路线：下料--改锻成齿轮毛坯—正火--粗车外圆内孔及端面(按标准留加工余量)--调质热处理(淬火+高温回火)--精车外圆内孔及端面(到成活尺寸)--制齿(齿面留磨量)--齿部感应加热表淬或渗碳淬火--齿面磨削加工--验收交活。
    下面就简单介绍一下齿轮的加工工艺路线及改进方法。
    （1）锻造毛坯：目前，热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。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、后序加工余量小，而且生产效率高。
    （2）正火：锻造毛坯之后部分工厂会选择正火，也有公司选择退火，正火和退火的目的都是为了使晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，但由于正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。采用等温正火使产品质量稳定可靠。
    （3）粗车加工：粗加工齿轮外圆，端面，可选择普通车床和数控车床，由于粗车之后还有对工件进行热处理，所以一般会留有3-5mm的余量，方便之后的精车加工到指定尺寸。
    （4）调质热处理：由于齿轮的工作条件不同，热处理出来的表面硬度也不同，但齿轮经过淬火后的硬度一般都在HRC45以上，例如：汽车齿轮由于受力较大,受冲击较频繁的原因常采用20CrMnTi钢作为齿轮材料，20CrMnTi钢具有较高的力学性能，经过淬火后表面硬度可达HRC58～62,心部硬度HRC30～45，以提高耐磨性和疲劳抗力。
    （5）精车加工：精加工齿轮外圆，端面，将尺寸加工到图纸规定的尺寸要求，如后续还需要磨削，那么需留0.2-0.3mm的余量，以方便磨削获得更高的精度要求。
    （6）制齿：常采用插齿机或者滚齿机加工齿面，虽然调整维护方便，但如果大批量生产就会出现效率低的问题，之后随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显着。
    （7）齿面磨削：齿轮的品质要求越来越高，变速噪音要求越来越低。要达到品质、噪音的双重目标，就要求进行精度更高的齿轮加工，对于大批量生产的齿轮，磨削仍然是其最有效的精加工方法。一般用于加工已淬火齿面，对磨前工序误差的纠正能力强，能达到很高的精度，齿面粗糙度可小至R0.63～0.16微米。
    随着汽车行业的不断发展，越来越多的大批量生产齿轮，并且对齿轮的精度要求越来越高，磨削确是提高精度的有效方法，但对于大批量的齿轮，磨削就会影响加工效率，如采用“以车代磨”的新工艺，可在不影响齿面精度的前提下提高加工效率，使机械制造厂得到很好的经济效益。“以车代磨”就是采用车床加工代替磨床加工，由于齿轮经过热处理之后硬度在HRC45以上，所以此时选择的刀具就尤为重要，只有选择正确的刀具才能提高加工效率，根据“以车代磨”的加工工艺，我国某研究所推出了三款立方氮化硼刀具，分别是BN-H10牌号，BN-H20牌号和BN-S20牌号，这三种刀具牌号均采用非金属（陶瓷）作为粘合剂，不仅硬度高，而且耐磨性和抗冲击性能良好，其中BN-H20牌号可断续切削齿轮端面，BN-S20牌号立方氮化硼刀具是整体聚晶立方氮化硼刀具，其抗冲击韧性优异，可断续粗车变形量大的齿轮齿面，并不崩刀。
    刚开始接触淬硬钢零部件的热处理工艺和加工工艺，写的不对的地方还请指教。

junjingli123

驱动器差速齿轮等常采用20CrMoTi，20CrMo材料中应该为20CrMnTi