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一种轮边支承轴的高效加工工艺

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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




1  序言


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。


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图1 支承轴尺寸

2  原工艺方案


(1)支承轴原工艺路线 具体如下[1]


1)010序:外协。毛坯锻造,调质处理硬度为323424HBW,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、2Φ10mm孔。


4)040序:扩孔,采用VB715立式加工中心。2Φ20mm孔及16Φ23mm孔。


5)050序:钻孔,采用TMV-1100u五轴立式加工中心。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。


7)070序:清洗。清洗工件。


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。Φ190h8Φ170f6外圆。


2)存在的问题 原工艺中存在如下问题。

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。


3  优化后的工艺方案


支承轴优化后的工艺路线如下[2]


1)010序:外协。毛坯锻造,调质处理硬度为280330HBW,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3Φ10mm加长孔、2Φ10mm孔。


4)040序:扩孔,采用VB715立式加工中心。2Φ20mm孔及16Φ23mm孔。


5)050序:钻孔,采用TMV-1100u五轴立式加工中心。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Φ190h8Φ170f6外圆和R15mm圆过渡。

4  优化后工艺的加工方法


(1)热处理技术要求改进 具体如下。


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323424HBW改为280330HBW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66.5mm改为274.5mm(见图2),花键槽底24mm,其他有效硬化层深为36mm,硬度为4853HRC


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a)热处理改进前
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b)热处理改进后
图2 支承轴热处理长度对比


2020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
加工精度。


图3  立式车削工装
3060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。


a)改进前花键加工设备(铣花键)

b)改进后花键加工设备(滚花键)

c)改进后增加的滚齿工装
图4 花键加工设备及工装改进


4)以车代磨工艺改进 热处理后磨Φ190h8φ170f6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。


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a)改进前(磨外圆)
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b)改进后(车外圆)
图5 热处理后加工工艺改进


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a)断裂状态
b)热处理后精车状态
图6 以车代磨工艺改进后的效果对比


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。


图7 花键根部


5  优化后工艺方案优势


(1)生产效率提高 调质硬度由原来的323~424HBW改为280330HBW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)。


1 支承轴加工工艺改进前后的工时对比
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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。


6  结束语

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。
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