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變速箱齒座加工工藝優(yōu)化

2019-6-20 來源：東風(fēng)（十堰）發(fā)動(dòng)機(jī)部件有限公司作者：房遠(yuǎn)奇

摘要: 針對變速箱齒座加工中存在的缺陷，通過改善內(nèi)孔加工方法、攻克質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及優(yōu)化加工參數(shù)等改進(jìn)措施，達(dá)到了優(yōu)化工藝、解決問題的目的。

我公司目前加工的零件以鑄鐵件為主。若根據(jù)現(xiàn)有的加工條件來完成相對高精度的鋼件加工，無法在有效的成本控制范圍內(nèi)來完成相應(yīng)的生產(chǎn)。依照現(xiàn)有的刀具、夾具對鑄鋼材質(zhì)的齒座進(jìn)行加工驗(yàn)證后，無論是加工節(jié)拍、加工質(zhì)量，還是工藝流程的繁復(fù)程度，都不能滿足低成本的要求。

通過對內(nèi)孔孔徑進(jìn)行改善，對質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，對加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等一系列措施，達(dá)到了工藝流程的優(yōu)化，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求

圖 1　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

變速箱齒座零件為盤類結(jié)構(gòu)（見圖1），材料為鑄鋼（DFS5218SH2），硬度為150~190HBW。產(chǎn)品技術(shù)要求如圖2所示。

圖 2　產(chǎn)品技術(shù)要求

2. 加工工藝

考慮到零件尺寸鏈關(guān)系比較復(fù)雜，以及尺寸精度大部分都在0.05mm以內(nèi)，在試加工階段采用的是粗、精工序分開加工完成，具體流程如表1所示。

3. 孔徑加工變形問題

零件中心孔在OP10序中完成，定位方式是基準(zhǔn)T面定位和夾緊外圓夾緊（見圖3）。中心孔孔徑為φ（87.9±0.025）mm，孔徑深度32.7mm。在實(shí)際加工過程中發(fā)現(xiàn)孔徑存在圖1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)喇叭口的問題。進(jìn)刀口直徑與出刀口直徑相差0.01~0.04mm，尺寸不穩(wěn)定。

圖 3　OP10 定位方式

經(jīng)分析，主要可能存在如下問題:①夾緊變形。卡爪夾緊壓力導(dǎo)致孔徑存在應(yīng)力消除后的變化，或者外圓夾緊位置偏低導(dǎo)致零件抬起。②刀具讓刀。刀柄直徑過小導(dǎo)致零件在切削時(shí)讓刀。③余量過大。精車余量偏大導(dǎo)致加工時(shí)讓刀。④應(yīng)力未消除。鋼件零件自身材質(zhì)偏軟，加工后，零件因?yàn)閼?yīng)力消失而部分還原。針對這些問題，采取了如下改善措施:

圖 4　定位點(diǎn)、壓緊點(diǎn)更改位置

（1）更改定位點(diǎn)和夾緊點(diǎn)（見圖4）。首先，更改T基準(zhǔn)面上的定位點(diǎn)，增加支撐點(diǎn)之間的距離，從而增加支撐的穩(wěn)定性;其次，更改卡爪夾緊點(diǎn)的位置，將卡爪從外圓的靠邊位置更改到中間位置，以便使零件的受力是在零件主體上;最后，對卡爪壓力作出適當(dāng)調(diào)整。

（2）將目前使用的φ25mm刀桿更換成φ30mm刀桿，并將刀片換成鋼件專用刀片（刀片的后角更大），更有利于切屑的切斷和排出。

（3）變更余量試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)鑄鋼件不同于鑄鐵件的加工，不是精車余量越小越好。鋼件精車余量越小，零件表面外觀質(zhì)量反而越差，存在無規(guī)則的花紋。雖然尺寸沒有什么影響，但是外觀很差。多次驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，將精車余量控制在0.15~0.25mm為最佳。最后以滿足質(zhì)量為前提，將精車余量確定為0.2mm，從而放棄在精車余量上的再次變動(dòng)。

（4）在上述三點(diǎn)改善措施均完成之后，進(jìn)行連續(xù)性的小批量驗(yàn)證。先采集加工后的數(shù)據(jù)，然后將零件進(jìn)行時(shí)效處理，之后再復(fù)測采集數(shù)據(jù)。依照前后兩次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)以下兩點(diǎn):①喇叭口現(xiàn)象依然存在。②進(jìn)出口尺寸相對穩(wěn)定，有一定的規(guī)律性，而不再是雜亂無章。

進(jìn)出口直徑相差均值為0.015mm。根據(jù)以上分析和試驗(yàn)，在加工穩(wěn)定的情況下，從程序上進(jìn)行修改，使出口直徑比進(jìn)口直徑大0.015mm。后續(xù)試驗(yàn)證明，該方法不僅滿足了孔徑的要求，而且還通過了CPK大于1.33的驗(yàn)證（見圖5）。

圖 5　數(shù)據(jù)點(diǎn)分布及過程能力值

4. 清根問題

根據(jù)圖樣要求，零件有4處需要清根，而且相關(guān)尺寸控制也比較嚴(yán)格。

四處清根部分，最大加工余量1.9mm，最小加工余量0.5mm。根據(jù)圖樣要求以及機(jī)床刀位的控制，A、B兩處只能選用主偏角＞90°、副偏角＞25°的車刀，C、D兩處只能選用主偏角＞112°、副偏角＞0°的車刀。

在實(shí)際加工中，只有C、D兩處刀具能夠走軌跡一次加工成形。而A、B兩處主偏角過大，理論上一次切削量不能太大，否則會(huì)存在崩刃的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際加工驗(yàn)證存在崩刃、纏屑、“噎刀”和外觀不良等諸多問題，只能采取分量多次加工（見圖6）。后續(xù)加工驗(yàn)證，雖然軌跡走刀加工出了輪廓，但在軌跡接口的位置仍然存在一個(gè)目測可視的臺階（見圖6左側(cè)黑點(diǎn)處），無法步判定臺階與切屑排除不及時(shí)有關(guān)。經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證和改良，將等量切削的余量改為由大變小地進(jìn)行切削，使刀具在切削軌跡將近完成時(shí)，切屑量減少而使切屑崩斷。最終完美地解決了問題。

圖 6　走刀軌跡變更對比

5. 加工參數(shù)優(yōu)化

在樣件試制階段，雖然已經(jīng)參考現(xiàn)有的刀具和刀具加工參數(shù)經(jīng)驗(yàn)，也采用了一部分鋼件專用刀具，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，仍然存在切屑纏繞嚴(yán)重（見圖 7b）、換刀頻次偏低以及零件表面外觀差（見圖 7a）等諸多問題。而且加工時(shí)間（見表 1）始終無法再次提升。

圖7 b 圖7a

在無法滿足廠家指定成本和產(chǎn)能輸出的情況下，對刀具進(jìn)行了更換，對加工參數(shù)進(jìn)行了修改。加工參數(shù)和程序優(yōu)化后，零件表面和斷屑得到了很好的改善。同時(shí)換刀周期也有明顯的改善。對參數(shù)進(jìn)行更改（見表 2）后，纏繞切屑變成了 3~5mm 的卷狀切屑且自然斷裂，零件表面不規(guī)則光亮帶也消失了。

6. 工藝流程優(yōu)化

通過以上改進(jìn)措施，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，加工效率得到了提升，最終根據(jù)改圖 6　走刀軌跡變更對比善后的實(shí)際情況，對工藝流程重新進(jìn)行了布置和規(guī)劃，避免了部分零件多次定位造成的磕碰以及工序不必要的加長。具體的工序變更情況如表 3所示。

7. 工藝優(yōu)化效果

在完成孔徑變形、清根纏屑外觀不良、刀具及參數(shù)提速不明顯、工藝優(yōu)化等幾個(gè)問題的整改和改善之后，對齒座的質(zhì)量、工藝節(jié)拍和成本等有了一定的控制和優(yōu)化，減少了該零件的制造成本，從而以更優(yōu)的質(zhì)量和市場價(jià)格來面對市場的需求和變化。

8. 結(jié)語

從開始調(diào)試到中期各種問題點(diǎn)的解決，到后期的工藝流程優(yōu)化，一環(huán)扣一環(huán)。初期問題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，中期問題的及時(shí)改善，后期工藝的及時(shí)優(yōu)化、固化，都為齒座加工質(zhì)量的成功改善提供了動(dòng)力。

工藝的優(yōu)化都是在市場需求情況下一步步地發(fā)現(xiàn)、改善、提升、優(yōu)化、再發(fā)現(xiàn)……，處于不斷循環(huán)之中。只有不停地改善提升，才能更好地適應(yīng)市場的需求和沖擊，才能在未來的市場中站穩(wěn)腳跟。

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