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基于湿式驱动桥轮边支承轴原有的加工方法,从支承轴的热处理工艺要求、结构、加工工艺特点进行分析,针对不同的问题,提出相应的优化工艺方案,可获得更高的尺寸精度并缩短加工周期,降低操作人员劳动强度,提高生产效率,降低了市场断轴的反馈率,可延长零件使用寿命。
湿式驱动桥轮边支承轴(尺寸见图1)原为外协加工,现回收自制加工,回收自制的零件在市场反馈过程中出现支承轴偶尔断裂的现象。支承轴调质硬度较高,加工困难,加工过程中容易产生变形,尺寸间的相互位置精度不易控制,产品质量不稳定,操作人员的劳动强度较高。针对以上问题,因产能提升,所以为了提高加工效率,对支承轴加工工艺和热处理方案进行改进与优化。1)010序:外协。毛坯锻造,调质处理硬度为323~424HBW,并进行粗加工。2)020序:半精车、精车,采用VL750立式车床。半精车、精车各系列外圆,平端面,留热后精车量。3)030序:钻孔,采用KB1000深孔钻。钻3个Φ10mm加长孔、2个Φ10mm孔。4)040序:扩孔,采用VB715立式加工中心。扩2个Φ20mm孔及16个Φ23mm孔。5)050序:钻孔,采用TMV-1100u五轴立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm销孔定位,钻侧面孔及斜孔。6)060序:铣削花键,采用YK6012/1花键铣床。两顶尖顶中心孔,铣花键。8)080序:热处理,采用GCBY0860D热处理设备。中频感应淬火。9)090序:磨外圆,采用MB1332B外圆磨床。磨Φ190h8和Φ170f6外圆。1)010序中调质处理硬度为323~424HBW,后序各工序不易加工,刀具磨损较快。2)020序中尺寸精度与同轴度不易控制。影响成品最终尺寸的加工步骤分散在多个工序之中,定位夹紧的次数较多,尺寸精度和相互位置精度不易控制。020序半精车、精车需进行调头装夹,工件较大,需找正外圆进行加工,表面质量要求较高,精车后需留磨量。3)060序铣花键工艺中,在花键铣床上铣花键,两顶尖顶中心孔,因调质硬度高,铣花键效率太低,工件不好吊装,支承轴装夹困难。4)070序热处理中,花键没有热处理要求,只对Φ190h8和Φ170f6外圆用来装配油封和轴承的位置进行中频感应淬火,花键根部呈尖角,易断裂。5)080序外圆磨时,在磨床上磨Φ190h8和Φ170f6外圆用来装配油封和轴承的位置,Φ190mm外圆磨不到根部位置,有台阶过渡,支承轴容易断裂。6)生产效率不高,劳动强度较大,单个毛坯生产的单个零件,工艺路线较长,生产效率不高,操作人员的劳动强度较大。1)010序:外协。毛坯锻造,调质处理硬度为280~330HBW,并进行粗加工。2)020序:半精车、精车,采用VL750立式车床。半精车、精车各系列外圆,平端面,留热后精车量。3)030序:钻深孔,采用KB1000深孔钻。钻3个Φ10mm加长孔、2个Φ10mm孔。4)040序:扩孔,采用VB715立式加工中心。扩2个Φ20mm孔及16个Φ23mm孔。5)050序:钻孔,采用TMV-1100u五轴立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm销孔定位,钻侧面孔及斜孔。6)060序:滚齿加工花键,采用SH450数控滚齿机。一端定位,另一端顶尖顶中心孔,滚花键。7)070序:热处理,采用GCBY0860D热处理设备。中频感应淬火。8)080序:精车,采用VL750立式车床。精车Φ190h8和Φ170f6外圆和R15mm圆过渡。1)调质硬度调整。经工艺多次验证,对支承轴加工技术需进行改进,粗车后调质硬度由原来的323~424HBW改为280~330HBW。硬度改变为后续各道加工工序节约了加工成本和刀具成本。2)热处理长度改变。中频淬火与表面强化处理,现在花键改为中频淬火,淬火长度由原来的66.5mm改为274.5mm(见图2),花键槽底2~4mm,其他有效硬化层深为3~6mm,硬度为48~53HRC。(2)020序增加扇形加长爪工装 立式车削定位工装(见图3)设计采用专用扇形加长软爪,并采用子母爪结构实现产品快换;子爪加宽加高,形成扇形抱紧方式,增大夹持力的同时大大降低了夹紧变形,机床可以实现高速切削,提高了加工效率和(3)060序铣削花键设备更改 支承轴花键加工设备原为YK6012/1花键铣设备,现改为SH450数控滚齿机进行滚齿加工。定位方式原为两顶尖顶中心孔,铣花键。现定位方式改为一端定位,另一端顶尖顶中心孔,并增加滚齿工装,如图4所示。(4)以车代磨工艺改进 热处理后磨Φ190h8和φ170f6外圆改为热处理后精车(见图5),原来外圆磨床磨不到根部,Φ190h8的外圆上有凸台,在根部受力状态下容易断裂。改为热后精车后可以车削到底端面,用R15mm圆弧过渡下来,采用陶瓷刀片,表面粗糙度值Ra可达到0.4μm,提高了加工效率,降低了市场断轴的反馈率,可延长零件使用寿命。以车代磨工艺改进后的效果对比如图6所示。(5)增加花键齿数及缩短花键长度 在花键齿根(见图7)圆过渡处,滚齿加工的花键根部存在尖角,易断裂,经设计改进,花键齿数由原来的46齿改为47齿,花键长度由原来的106mm改为98mm[3],经工艺验证,效果明显提高。(1)生产效率提高 调质硬度由原来的323~424HBW改为280~330HBW。硬度改变为后序各道加工工序节约了加工成本和刀具成本。加工工艺改进前后工时对比见表1(表1中只计算主要工序时间,数据来源于超过200件的批量生产统计数据,原工艺工时未计入工序周转用时)。(2)尺寸精度和表面质量提高 改进后的工艺新增扇形加长爪工装,形成扇形抱紧方式,增大夹持力的同时大大降低了夹紧变形,机床可以实现高速切削,减小工件找正的时间,提高了加工效率和加工精度,表面质量稳定性得到保障。(3)减少清洗工序和缩短加工周期 改进后的工艺清洗工序可以删除,原来花键铣削在热处理之前,花键铣削是用油冷却的,在热处理之前必须进行清洗。优化后花键加工改为数控滚齿机加工,用切削液进行冷却,热处理之前就不用清洗了,清洗工序可以删除,缩短了加工周期,减少了转运磕碰,提高了生产效率。(4)操作人员的劳动强度降低 改进后的工艺采取成批加工的方式,减少了操作人员每道工序工装装夹更换夹具的时间。060序铣削花键原为卧式吊装装夹方式,非常困难,优化后的工艺改为立式装夹方式,并增加吊具工装,减少了工件装夹的时间,效率明显提高了,而且改为数控滚齿加工,加工时间明显减少,提高了加工效率。优化后的工艺路线,减少了清洗工序,工艺路线比原来缩短,采用以车代磨的工艺,数控滚齿机的滚齿代替铣花键,减少了加工时间,可显著提高加工效率和质量稳定性,降低操作人员的劳动强度。通过以上改进,经工艺验证降低了市场断轴的反馈率,可延长零件使用寿命,此项改进取得了预期效果。济南数控模具科技研究所
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