内斜齿具有较大的轴向承受力和较高的重合系数等特点，适合大功率传输，因此在大功率变速箱行星传动系统中普遍采用内斜齿进行传动。目前，国内大功率自动变速箱基本依赖进口，关键的设计、制造技术仍不成熟。随着我国科学技术的发展与进步，设计、制造的条件日趋完善，大功率自动变速箱行星传动复杂内斜齿齿圈制造技术的研究
内斜齿齿圈属于薄壁、易变形类零件，齿圈精度要求高，制造难度大，是行星传动系统中的关键零件。本文以某大功率变速箱中的内斜齿齿圈为分析对象，进行内斜齿齿圈精度分析与控制的研究。
1 工艺特性 某大功率变速箱中的内斜齿齿圈属于薄壁、易变形类零件。材料采用38CrMoAlA钢。内斜齿按照GB/T 10095—1988标准，齿部精度要求较高（为7-8-8-HK），齿形Ff=0.013 mm，齿向Fβ=0.016 mm，周节累积Fp=0.045 mm，齿厚S=4.119 mm。
造成零件加工变形的主要因素是零件内的残余应力、切削力和切削热产生的应力以及零件装夹时的夹紧力等，因而如何合理选择工艺方法及装夹方式，消除应力和变形，保证加工精度成为关键[1]。
2 精度分析 该零件毛坯为锻造件。在锻造过程中，由于零件的各部分冷却时收缩不均，以及零件的金相组织转变时的体积变化，使其内部产生较大的残余应力，这种残余应力的存在，直接导致零件产生变形。即使零件在加工过程中的装夹、切削等各个环节安排都很合理，由于受残余应力的影响，仍然会使零件产生变形。这种受残余应力影响的变形，往往在零件经过切削加工后才明显显现出来；因此，受切削力、切削热、夹紧力和残余应力等因素的影响，时常会发生精加工后零件尺寸及几何公差超差的情况，严重时会产生废品[2]。
2.1 切削力及切削热的影响
在切削过程中，由于刀具与工件的相互作用而产生切削力，零件受切削力的挤压与拉伸而产生变形；同时，由于内斜齿齿圈属于薄壁圈类零件，切削零件时产生的切削力、零件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形均使切削区温度升高，产生切削热，从而导致零件产生热变形。
2.2 夹紧力的影响
因零件体积较大，若夹紧力偏小，由于切削力的作用，会使零件加工时产生松动，甚至报废；若夹紧力偏大，加工完成后松开零件，则零件产生的弹性变形会影响到加工精度。
2.3 残余应力的影响
由于加工后破坏了零件内部金相组织的平衡，其残余应力会重新分布，从而引起变形。
2.4 热处理变形分析
氮化处理变形主要是翘曲变形。引起翘曲变形的原因是由于氮化前零件内残存的内应力未完全消除，导致氮化后的变形；另外，渗氮面不对称及渗氮炉内温度不均匀、装炉方式不恰当等均会导致变形。
综上所述，内斜齿齿圈属于薄壁圈类零件，极易在加工中出现装夹变形及加工应力释放变形，主要的变形形式为内斜齿齿圈端面产生翘曲，内孔及外圆产生椭圆现象。
3 控制措施 为了防止或减小零件在加工过程中产生变形，可采取对切削力、切削热、夹紧力、残余应力和氮化等因素进行控制的措施，来提高零件精度。
3.1 切削力及切削热的控制
减小切削时的切削力可大大减小零件变形，所以，锻造毛坯要精细化，减小毛坯余量。
齿坯粗加工时，吃刀量和进给量可以取大些，并增加半精车工序，以减小工序间的车削量。
在插齿过程中，由于插斜齿要比插直齿时插齿刀同时参加切削的齿数较多，所以插齿刀的旋向选择要与被切齿轮相同，且切削用量选择要比插削外齿轮减少约20%～40%。插削直齿内齿轮和斜齿内齿轮示意图如图2所示，图2中，1为插齿刀往复运动；2、3为滚切分度运动；4为径向让刀运动；5为径向进给运动；6为插齿刀转动。为了保证零件齿部精度要求，刀具采用AA级插齿刀，材质为S390，硬度为66～67 HRC。合理的切削参数见表1。
在零件切削中使用润滑液，不仅可以使切削力减小，而且可以降低零件表面粗糙度，同时由于零件未受切削热的影响，其加工尺寸精度和几何公差均可得到保证。
3.2 装夹力的控制
为减少零件装夹变形，采用端面定位和端面压紧的方式对零件进行加工。以零件的端面及外圆定位（见图3），通过压紧装置将齿圈从端面压紧。零件的压紧力在端面上较均匀，不易变形。定位压紧实物图如图4所示。
3.3 残余应力的控制
进行毛坯正火处理，不仅能消除锻造应力，改善锻造组织，而且能消除金属内的带状组织及网状碳化物，得到均匀的内部组织，为终热处理打下基础。在氮化前进行预处理工序，即在粗加工后进行调质处理，得到单一的索氏体组织；在半精加工后进行去应力回火处理，可减小零件的变形，避免缺陷的产生。
3.4 热处理变形控制
热处理变形控制措施如下：1）齿圈在氮化过程中，合理采用缓慢、分阶段升温法，缩小零件内外温差，即在300 ℃以上每升温100 ℃保温1 h，可以减小零件变形；2）零件表面平面度的大小也是引起零件表面翘曲的因素之一，相应在装炉过程中配以支承夹具，可减小零件表面翘曲变形；3）零件装炉需均匀。
4 工艺流程及研究结果 根据上述分析与控制措施制定出内斜齿齿圈制造工艺流程如下：锻造→粗车→热处理（调质）→半精车→粗插齿→去毛刺→热处理（去应力）→磨两端面→退磁→精车→精插齿→去毛刺→中检→插内齿→去毛刺→热处理（氮化）→入库。
加工过程中出现的变形，通过热处理应力得以释放，增加半精车加工工序及改善装夹等方式，零件变形均得以有效控制。
零件经过氮化处理后变形较小，变形后的尺寸及齿部精度均在合格范围内。
1）按照GB/T 10095—1988标准，氮化前齿圈齿部精度要求达到6-7-7-HK，齿圈齿形Ff=0.013 mm，齿向Fβ=0.016 mm，周节累积Fp=0.045 mm，齿厚S=4.119 mm。
2）按照GB/T 10095—1988标准，氮化后齿圈齿部精度要求达到7-8-8-HK，齿圈齿形Ff=0.018 mm，齿向Fβ=0.025 mm，周节累积Fp=0.063 mm，齿厚S=4.122 mm。
氮化后齿圈精度完全符合设计指标要求。
5 结语 通过某大功率变速器内斜齿齿圈精度分析与控制，有效解决了零件的变形问题，提高了零件的加工精度和表面质量，并制定出了合理可行的内斜齿齿圈的制造工艺，同时该工艺流程的顺利实施和后期的总结、提炼，可为今后类似零件的加工提供经验借鉴。
