在发动机的制造中，其起动齿轮的加工具有较高的精度要求，应结合其具有的薄壁件特点，进行加工工艺改进。为此，先概述某型号发动机的起动齿轮生产，然后分析实际加工存在的热处理变形、位置精度较低和垂直度差异等问题，基于较高的废品率和较低的效率，需要进行工艺改进。最后，展开改进线路研究，做好零件材料选择、热处理工艺优化、工装设备完善和加工参数改进等工作，上述方案有效落实后，有利于提高起动齿轮的生产质量和效率。

　　0 引言

　　某型号起动齿轮属于薄壁盘型结构，基本特征如下：零件直径Φ317.6、壁厚11mm;齿轮齿数149齿、端面对内孔基准Φ290H7的垂直度为0.04mm、分度圆上齿圈对内孔跳动0.15mm、端面开25°、35°的齿轮啮合引导槽共计149个;起动齿轮要整体渗碳淬火。在企业进行齿轮的加工中，首批共计加工8件，不过结合实际的热处理作业看，齿轮加工后存在内孔变大的问题，且内孔椭圆约1.6mm、端面不平度约3mm，后期无法进行齿轮尺寸校正，零件报废率高。因此，要进行齿轮加工工艺的改进。

　　1 发动机起动齿轮的加工概述

　　首先，参考齿轮零件结构，多应用零件内孔+端面留余量+高频淬火后补充加工等工艺，在高频淬火后预防内孔尺寸、形位公差、齿圈跳动和垂直尺寸出现较大变化，满足生产精度要求。其次，传统的加工路线如下，先开展毛坯处理，然后依次进行外形面粗车→ 铣齿操作→ 齿面倒角处理→ 高频淬火工艺→ 车工(半精车内孔和端面)→ 磨工(对内孔、端面进行精磨)→ 成品检验。最后，在实际高频淬火中，应确保齿部在直径不小于Φ311.5mm范围内，其齿表面硬度(HRC)≥50、芯部硬度(HB)197~229。

　　2 发动机起动齿轮的加工难点

　　首先，对于零件组合定位端面而言，其内孔基准Φ290H7的垂直度要求为0.04mm，不过受到较多因素干扰，如测量面直径、零件基准长度等方面因素影响，垂直度存在差异。其次，零件加工需要进行调质和高频淬火，在高频淬火温度在900℃下，容易在热处理零件受热不均下，出现零件变形、裂纹等问题，且无法修复。最后，在要求起动齿轮和对象件可以有效啮合时，其零件齿形面和引导槽应一次装夹加工，保证具有相互角向的位置关系。不过在实际加工及安装中，容易受加工精度、环境因素等方面干扰，存在位置精度问题。

　　3 起动齿轮的加工路线及改进

　　零件材料选择:原起动齿轮的加工材料选择20CrNiMo，在经过工艺流程中的整体渗碳淬火后，对应指标要求如下：表面硬度(HRA)80±2、渗层深度为0.5~0.7mm、芯部硬度(HRC)≥30。不过结合渗碳淬火操作看，淬火后其零件有着变形大的问题，且无法矫正。在原因分析中，主要原因为淬火温度高且实际零件受热不均匀，进而在加工热应力释放中存在起动齿轮的变形。在深入对零件材料组织成分和材料成分的研究中，其制造材料的性能尤为关键，可以将零件替换为45A钢，能保证齿部高频淬火后，相关的表面硬度、芯部硬度符合标准要求。

　　热处理工艺优化:热处理环节作为起动齿轮加工的关键，需要做好以下工艺的优化：第一，在起动齿轮的旋转加工中，齿轮和感应垫圈的间隙会影响零件的受热效果。在夹具有效固定及优化中，结合经验需要控制感应垫圈和零件的间隙在3～5mm之间;第二，结合实际生产，日常中起动齿轮在淬火时易出现裂纹问题，究其原因在于淬火冷却后期当齿轮内部马氏体相变在基本完成时，其齿轮仍存在较大的拉应力，且当拉应力大于材料的最大允许应力下，容易出现脆性破坏;第三，因此，在冷却优化中，可以取消水喷射冷却方式，进而应用缓慢冷却的淬火介质(浓度10%的ZM- P淬火介质)，能降低冷却速度，避免零件齿部棱角、截面凹槽等部位产生裂纹。

　　工装设备完善:完成热处理工艺的优化后,要注意配套高频淬火夹具的改良,进而降低夹具与零件接触面,防止零件受热不均匀问题。具体完善策略分为以下方面：一是,针对夹具零件定位的支靠面外径尺寸,由以往的Φ309mm改为Φ300mm;二是,针对零件和夹具的支靠面宽度尺寸,由以往的9mm改为4mm;三是,针对零件固定用的压板,取消其应用可确保零件无外力干扰,在自由状态下进行加工操作;四是,为预防零件受热不均匀而变形,要求零件内圆和夹具配合的间隙小于0.1mm,并关注零件定位面相对于夹具的安装定位基准,保证跳动小于0.05mm。基于上述四种策略,可提高零件旋转摆动的控制效果,解决夹具摆动过大、齿轮和夹具接触面过大等问题,在保证齿轮的受热均匀下,降低热处理变形概率。最终,经过实践,零件加工热处理中,其变形量在0.15mm范围内。

　　加工参数改进:在起动齿轮的加工中，为了保证发动机运转中，其起动齿轮可以跟对象件完成有效的啮合，在实际加工中要求零件齿形面和引导槽进行一次装夹加工。在依次装夹加工中，可以进一步提高加工的效率。具体而言：第一，齿型面的加工分为两次粗铣、一次精铣;第二，倒角面的加工分为一次粗铣、一次精铣;第三，结合齿轮结构及材料的相关特点，对抬高速度、下刀速度、进给量、空刀距离、主轴速度等参数进行优化，可参考表1。结合以往加工具有的齿数加工多、齿型面结构小和刀具易磨损等特点，每一件材料的加工需要32h，效率较低。而优化加工参数后，每一件材料的加工仅需要19h，加工效率得到有效提高。

　　表1 切削加工参数(单件加工时间为18h)

　　工艺路线调整:在启动齿轮盘的组合安装中，其过盈量为0.578～0.464mm，在具有较大的过盈量下，容易出现零件的内孔变形，需要对齿轮零件进行加工线路的调整。具体路线：第一，粗加工齿型面(车工操作)→ 零件去内应力(稳定性处理，预防变形);第二，进行端面加工(磨工)→ 对型面进行精加工(车工);第三，对倒角和齿进行加工(数控)→ 完成毛刺的去除(钳工);第四，开展高频淬火→ 镀络→ 检验。在线路改进后，经过实践其零件变形问题得到有效改善，可保证起动齿轮的行位公差、尺寸符合设计要求，使零件组装具有可靠性。最后，对起动齿轮齿圈相对起动齿轮盘Φ57 mm的内孔跳动进行检查，结果为0.14～0.1mm，零件合格率100%。

　　4 结语

　　起动齿轮作为发动机的关键零部件，需要从加工工艺优化出发，进行起动齿轮的加工完善。具体而言，零件材料选择45A钢，在热处理工艺优化中，决定选择缓慢冷却ZM-P淬火介质(浓度10%)，能辅助生产预防零件高频淬火裂纹，工装设备的完善，可将夹具零件定位支靠面的外径尺寸Φ309mm改为300mm，基于材料及零件结构的特点，进行切削参数等方面的优化，调整加工工艺路线，可预防零件尺寸、形位公差的问题。最后，经过试验其齿轮的成品合格率有效提高。

　　参考文献略。