1.前言

　　通常一台6DCT约有14个齿轴零部件单元，是双离合自动变速器基础传动元件也是变速箱的核心零部件。齿轴零件的加工质量，对变速箱整机的各项指标与性能有很大的影响，特别是变速器振动噪声、寿命等性能也直接影响整车的驾驶舒适性、平稳性及使用寿命。因此开展对齿轮制造技术的学习与研究，对保证我们在核心零部件上自主研发，有着非常重要的意义。

　　2. 双离合自动变速器齿轮的工艺特点

　　2.1 齿轮精度等级高

　　按6DCT的图纸设计要求，所有齿轴件的图纸对齿轮的5项精度等级(F_α、F_β、Fp、Fpt和Fr)都规定在 DIN3961标准的6级，这个等级略高于GB10095.1-2008。

　　2.2 齿面微观修形

　　所有齿轮都采用了修形要求，而且是驱动面和非驱动面采用了修形量不等的非对称设计，并用K型框图加以约束(如图1)。

　　图1 2档齿轮驱动面和非驱动面的非对称修形K型框图

　　这样的修形设计，对齿面的加工提出了很大的挑战。

　　2.3 结合齿环的热后焊接

　　由于6DCT的结构设计紧凑，且多档齿轮的结合齿环共用(如下图2)。

图2 5档齿轮合件的结构图

　　而齿轮的加工精度和齿面的特殊修形则决定了齿形的精加工必须在热后实施，这就要求对高渗碳齿轮需进行热处理后焊接。

　　2.4 空套轴齿的内外轴承档+齿轮定位精度的保证

　　图3 空套轴齿的形位公差要求

　　如上图3内外轴承档的同轴度φ0.01，两档齿轮对A-B基准的分别跳动要求，对我们公司来说常规的加工工艺难以实现。

　　3. 6DCT齿轴件在加工制造上所采用的新工艺新技术

　　3.1齿轮热后高精加工的工艺方案

　　3.11目前行业内采用的三种高端制造工艺

　　成形磨、蜗杆磨和珩磨。

　　成形磨常用于新产品试制和多品种小批量的生产;

　　蜗杆磨和珩磨多用于大批量的加工。

　　我公司这三种工艺都具备，所用设备均为进口设备,如

　　成形磨: 德国 KAPP

　　蜗杆磨: 瑞士 Reishauer

　　珩 磨: 瑞士 Fässler。

　　图4 齿面高精磨削机床

　　磨齿技术应用,即热处理后通过蜗杆砂轮对齿面精加工，砂轮的形状靠金刚修整轮进行修正从而保证齿轮的精度，磨齿技术与剃齿技术相比优势如下：

　　(1)磨齿齿面表面粗糙度可以大幅提高，可以达到Ra0.8;

　　(2)磨齿齿轮精度可以大幅提高，可以保证国标6级或以上精度，能够修正因热处理变形带来的精度损失。

　　磨齿可以进行齿面修形，尤其是适合修形量较大的非对称修形。因为非对称的修形和较大修形量的修形在传统的剃齿上难以实现，加之热处理变形影响，则采用滚、磨工艺是实现特殊修形设计最主要的技术手段。

　　3.12配对齿轮磨齿、珩齿结合技术

　　根据目前世界顶级乘用车变速器制造厂家经验，尤其是自动变速器，对啮齿轮采用磨齿、珩齿结合技术，即一磨一珩。

　　在6DCT上的实际应用效果表明，该方式可以有效降低齿轮啮合噪声。分析其原因，磨齿可以大幅提高齿轮精度，但齿轮表面纹路为丝状纹，有高低起伏点，如果配对齿轮全用磨齿技术，高低点会产生激振效应，从而增大振动噪声;而珩齿表面纹路为细密网状，高低点小，两种不同纹理的齿面啮合不易产生激励，故这种工艺方式是设计，降噪效果良好。

       3.13“K”型框图的检测

　　由于“K”框图的公差范围比相 应 的精度等级要求更严格，在生产制造中对调整、加工和检测带来很大困难。技术人 员通过摸索和依据产品图纸的K框图，将相关修形参考点转换成二维坐标输入齿 轮测量中心，这样将“K”框图“嵌”在 齿轮测量中心的计量报告单上(如图5)， 直观而定量的约束框图给生产加工和过 程控制都带来极大便利。

　　3.2 干式滚倒一体机(粗滚、倒棱、精滚)技术应用(图6)

       将滚齿和倒棱修毛刺加工集成在一台机器上，通过一次装夹完成滚齿和倒棱修毛刺工序，其与传统滚齿机相比具有以下优势

　　(1)干式切削，不需要切削油，环保、经济 ;

　　(2)自动上下料，减少人工干预，产品精度高、质量稳定;

　　(3)节拍快，效率高，平均每件产品滚齿节拍在1分钟左右;

　　(4)能够实现一次装夹完成粗滚、倒棱、精滚;

　　(5)传统的滚齿、倒棱后齿面有翻边。磨内孔的定位基准是齿轮节圆，如果齿面有翻边，磨完内孔后齿轮精度是有损失的。采用粗滚、倒棱、精滚工艺可以消除齿面翻边对后道工序的影响。 

　　3.3激光焊接技术应用

　　激光焊接与电子束焊相比具有以下优势

       (1)激光焊接效率较高，因为与电子束焊相比不需要进行抽真空处理，一般抽真空时间比较长，尤其是电子束焊机老旧后抽真空时间更长

　　(2)因为没有真空室，可以在焊接工装上增加压焊装置，即在焊接的同时保持齿轮本体与结合齿环是加压状态，防止齿环翘曲变形，有了这个装置，齿环端面翘曲和跳动能够控制在0.05mm以内，而常规电子束焊达0.08-0.20mm，齿环越薄，变形越明显。

　　3.4滚齿齿向修形技术应用(图8)

　　按照后序加工的需要，制定齿向修形图，通过程序控制实现滚齿机X轴的曲线运动来达到目的。

　　DCT部分齿轮齿向修形比较大，主动齿面修形量高达0.06mm，且该齿轮的最终加工为强力珩齿，齿厚余量单边0.05，如果该齿轮滚齿不进行修形，珩齿后就会产生如下几点问题：

　　(1)滚齿精度要大幅提高，否则将导致齿面余量不够，部分珩不出来，有黑斑;

　　(2)珩齿后齿面硬化层深不均匀，至少相差0.06mm;

　　(3)在齿宽一侧的齿根产生余量台阶，会产生应力集中，导致齿轮强度下降。

　　在滚齿工序中，通过增加滚齿齿向修形工艺使得上述问题得到圆满的解决。

　　图8 带齿向修形的滚齿加工

　　3.5车磨中心和数控外圆磨结合磨削外输入轴

　　由于空套轴是空心轴，需要磨削三档外圆、两档内孔、两档端面，且端面和外圆相对于两内孔的跳动要求较高，一般加工工艺无法满足。

　　通过反复的工艺试验，我们最终采用车磨中心设备，结合其车、磨的双重功能，进行先车加工内定位基准，辅助对外轴齿预加工齿顶圆的夹紧，最终磨加工外圆来保证各档同轴度的精度要求。通过这种工艺的实现，在满足产品形位精度的同时也避免两档齿轮精度的损失。

　　图9 车磨中心设备

　　3.6定向强力喷丸工艺应用

　　定向强力喷丸，是利用高压气体携带的钢丸通过程序控制，定向打击齿根圆弧和齿面区域，以使其得到合适的残余压应力来提高齿轮的疲劳强度。

　　由于6DCT所有齿轮的齿面最终加工是磨齿和珩齿，在齿面形成的是拉应力，需要对齿面进行强化处理，尤其是常啮合的齿轮副。

　　我公司所采用的是法国Rosler的数控强力喷丸机，可以实现对齿面、齿根的定向精准喷丸，且可通过钢丸流量、气体压力对表面压应力的大小进行调节。由于可以实现钢丸的定向移动打击，因而在齿面和齿根的钢丸着点均匀，各处的产生压应力相对均匀一致，而此项工艺在目前的国产设备上尚不能实现。

　　3.7齿轮轴类花键冷轧成形工艺

　　机械制造中用精确成形方法制造零件的工艺，称少无切屑加工。齿轮花键冷轧机是一种无切屑的齿轮加工机床，属绿色加工技术，其特点是：绿色加工、齿部强度高、高效、成本低。

　　图10 无屑加工的齿轮花键冷轧机

　　3.8智能化和功能复合型机床的采用

　　智能化是齿轮加工设备提高可靠性、安全性、稳定性、复杂零件加工、精密加工和实现无人化生产的基础。

　　(1)如6DCT项目的盘齿热前加工线：

　　自动上料→车削→滚齿→倒棱→去毛刺→自动下料;

　　(2)6DCT项目的盘齿热后采用复合磨机床的加工线：

　　自动上料→磨内孔、磨锥面→车端面→磨齿轮→自动下料。

　　4. 高端制造是汽车自动变速器齿轮加工的必然趋势

　　4.1 高精加工的要求推动传统工艺的变革

　　传统的滚+剃制齿工艺，由于对热处理变形的齿轮精度损失的无解，使得国标7级以上齿轮精度要求难以保证。

　　而随着磨齿机生产效率的提高、单件齿轮磨齿成本的降低以及汽车齿轮不断追求提高精度的要求，使得今后的汽车齿轮加工越来越多的采用滚—磨工艺。

　　大量的工艺试验数据表明，齿轮的热后磨削设备，测M值均达到Cpk≧1.67。

　　4.2制造装备的智能化加快了产业工艺水平的升级

　　齿轮加工在机械加工中是一种较复杂的工作模式。

　　齿轮加工中人、机、料、法等各环节要实现智能化。工序中有无工件自动识别、装夹工件是否正确、工件是否已加工过、对齿啮合、加工余量分配、刀具磨损、在线精密检测、自动修整砂轮等;加工机床的误差补偿、温度补偿、自动平衡、防撞功能、过载保护等;机器人在机床间搬运工件时的自动识别、远程控制、远程诊断等功能等等，都要求将数字化控制技术、传感器技术、信息技术和网络控制技术更好的结合在一起，使齿轮加工的智能化水平更高。

　　4.3绿色环保是制造业永恒的追求

　　高速干式切削技术和无屑加工技术的应用。

　　高速干式切削既可减少冷却油的消耗和冷却处理装备，又可避免对环境造成污染，还能提高生产效率，降低单件齿轮的制造成本。随着齿轮加工机床的高速化，机床刚性的提高，良好的抗震性及排屑技术的完善，以及干式高速切削刀具的进一步发展，高速干切已在切齿机床上全面实现。

　　而同属绿色制造技术的无屑加工，如小模数花键的冷轧和冷搓加工被愈来愈广泛的运用在各类汽车变速器齿轮的制造中。

　　5. 总结

　　通过学习国际上齿轮行业先进的制造理念，结合我们在6DCT齿轴件开发中进行大量新工艺的探索和积累的经验，对如何提升齿轮的制造水平，通过在高精度齿轮的加工、齿面微观修形技术的应用以及对修形制造技术的掌握，使得我们在自动变速器的高精齿轮制造能力上得到了很大的提升。