一種輪邊支承軸的高效加工工藝

基于濕式驅(qū)動橋輪邊支承軸原有的加工方法，從支承軸的熱處理工藝要求、結(jié)構(gòu)、加工工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，針對不同的問題，提出相應(yīng)的優(yōu)化工藝方案，可獲得更高的尺寸精度并縮短加工周期，降低操作人員勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低了市場斷軸的反饋率，可延長零件使用壽命。1

序言濕式驅(qū)動橋輪邊支承軸（尺寸見圖1）原為外協(xié)加工，現(xiàn)回收自制加工，回收自制的零件在市場反饋過程中出現(xiàn)支承軸偶爾斷裂的現(xiàn)象。支承軸調(diào)質(zhì)硬度較高，加工困難，加工過程中容易產(chǎn)生變形，尺寸間的相互位置精度不易控制，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，操作人員的勞動強(qiáng)度較高。針對以上問題，因產(chǎn)能提升，所以為了提高加工效率，對支承軸加工工藝和熱處理方案進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。

圖1支承軸尺寸2

原工藝方案（1）支承軸原工藝路線具體如下。

1）010序：外協(xié)。毛坯鍛造，調(diào)質(zhì)處理硬度為323～424HBW，并進(jìn)行粗加工。

2）020序：半精車、精車，采用VL750立式車床。半精車、精車各系列外圓，平端面，留熱后精車量。

3）030序：鉆孔，采用KB1000深孔鉆。鉆3個Φ10mm加長孔、2個Φ10mm孔。

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

5）050序：鉆孔，采用TMV-1100u五軸立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm銷孔定位，鉆側(cè)面孔及斜孔。

6）060序：銑削花鍵，采用YK6012/1花鍵銑床。兩頂尖頂中心孔，銑花鍵。

7）070序：清洗。清洗工件。

8）080序：熱處理，采用GCBY0860D熱處理設(shè)備。中頻感應(yīng)淬火。

9）090序：磨外圓，采用MB1332B外圓磨床。磨Φ190h8和Φ170f6外圓。

（2）存在的問題原工藝中存在如下問題。

1）010序中調(diào)質(zhì)處理硬度為323～424HBW，后序各工序不易加工，刀具磨損較快。

2）020序中尺寸精度與同軸度不易控制。影響成品最終尺寸的加工步驟分散在多個工序之中，定位夾緊的次數(shù)較多，尺寸精度和相互位置精度不易控制。020序半精車、精車需進(jìn)行調(diào)頭裝夾，工件較大，需找正外圓進(jìn)行加工，表面質(zhì)量要求較高，精車后需留磨量。

3）060序銑花鍵工藝中，在花鍵銑床上銑花鍵，兩頂尖頂中心孔，因調(diào)質(zhì)硬度高，銑花鍵效率太低，工件不好吊裝，支承軸裝夾困難。

4）070序熱處理中，花鍵沒有熱處理要求，只對Φ190h8和Φ170f6外圓用來裝配油封和軸承的位置進(jìn)行中頻感應(yīng)淬火，花鍵根部呈尖角，易斷裂。

5）080序外圓磨時，在磨床上磨Φ190h8和Φ170f6外圓用來裝配油封和軸承的位置，Φ190mm外圓磨不到根部位置，有臺階過渡，支承軸容易斷裂。

6）生產(chǎn)效率不高，勞動強(qiáng)度較大，單個毛坯生產(chǎn)的單個零件，工藝路線較長，生產(chǎn)效率不高，操作人員的勞動強(qiáng)度較大。3

優(yōu)化后的工藝方案支承軸優(yōu)化后的工藝路線如下[2]。

1）010序：外協(xié)。毛坯鍛造，調(diào)質(zhì)處理硬度為280～330HBW，并進(jìn)行粗加工。

2）020序：半精車、精車，采用VL750立式車床。半精車、精車各系列外圓，平端面，留熱后精車量。

3）030序：鉆深孔，采用KB1000深孔鉆。鉆3個Φ10mm加長孔、2個Φ10mm孔。

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

5）050序：鉆孔，采用TMV-1100u五軸立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm銷孔定位，鉆側(cè)面孔及斜孔。

6）060序：滾齒加工花鍵，采用SH450數(shù)控滾齒機(jī)。一端定位，另一端頂尖頂中心孔，滾花鍵。

7）070序：熱處理，采用GCBY0860D熱處理設(shè)備。中頻感應(yīng)淬火。

8）080序：精車，采用VL750立式車床。精車φ190h8和φ170f6外圓和R15mm圓過渡。4

優(yōu)化后工藝的加工方法（1）熱處理技術(shù)要求改進(jìn)具體如下。

1）調(diào)質(zhì)硬度調(diào)整。經(jīng)工藝多次驗(yàn)證，對支承軸加工技術(shù)需進(jìn)行改進(jìn)，粗車后調(diào)質(zhì)硬度由原來的323～424HBW改為280～330HBW。硬度改變?yōu)楹罄m(xù)各道加工工序節(jié)約了加工成本和刀具成本。

2）熱處理長度改變。中頻淬火與表面強(qiáng)化處理，現(xiàn)在花鍵改為中頻淬火，淬火長度由原來的66.5mm改為274.5mm（見圖2），花鍵槽底2～4mm，其他有效硬化層深為3～6mm，硬度為48～53HRC。

a）熱處理改進(jìn)前b）熱處理改進(jìn)后圖2支承軸熱處理長度對比

（2）020序增加扇形加長爪工裝立式車削定位工裝（見圖3）設(shè)計(jì)采用專用扇形加長軟爪，并采用子母爪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快換；子爪加寬加高，形成扇形抱緊方式，增大夾持力的同時大大降低了夾緊變形，機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)高速切削，提高了加工效率和加工精度。

立式車削工裝（3）060序銑削花鍵設(shè)備更改支承軸花鍵加工設(shè)備原為YK6012/1花鍵銑設(shè)備，現(xiàn)改為SH450數(shù)控滾齒機(jī)進(jìn)行滾齒加工。定位方式原為兩頂尖頂中心孔，銑花鍵?，F(xiàn)定位方式改為一端定位，另一端頂尖頂中心孔，并增加滾齒工裝，如圖4所示。

a）改進(jìn)前花鍵加工設(shè)備（銑花鍵）b）改進(jìn)后花鍵加工設(shè)備（滾花鍵）c）改進(jìn)后增加的滾齒工裝圖4花鍵加工設(shè)備及工裝改進(jìn)

（4）以車代磨工藝改進(jìn)熱處理后磨φ190h8和φ170f6外圓改為熱處理后精車（見圖5），原來外圓磨床磨不到根部，φ190h8的外圓上有凸臺，在根部受力狀態(tài)下容易斷裂。改為熱后精車后可以車削到底端面，用R15mm圓弧過渡下來，采用陶瓷刀片，表面粗糙度值Ra可達(dá)到0.4μm，提高了加工效率，降低了市場斷軸的反饋率，可延長零件使用壽命。以車代磨工藝改進(jìn)后的效果對比如圖6所示。

a）改進(jìn)前（磨外圓）b）改進(jìn)后（車外圓）圖5熱處理后加工工藝改進(jìn)

a）斷裂狀態(tài)b）熱處理后精車狀態(tài)圖6以車代磨工藝改進(jìn)后的效果對比

（5）增加花鍵齒數(shù)及縮短花鍵長度在花鍵齒根（見圖7）圓過渡處，滾齒加工的花鍵根部存在尖角，易斷裂，經(jīng)設(shè)計(jì)改進(jìn)，花鍵齒數(shù)由原來的46齒改為47齒，花鍵長度由原來的106mm改為98mm[3]，經(jīng)工藝驗(yàn)證，效果明顯提高。

圖7花鍵根部5

優(yōu)化后工藝方案優(yōu)勢（1）生產(chǎn)效率提高調(diào)質(zhì)硬度由原來的323～424HBW改為280～330HBW。硬度改變?yōu)楹笮蚋鞯兰庸すば蚬?jié)約了加工成本和刀具成本。加工工藝改進(jìn)前后工時對比見表1（表1中只計(jì)算主要工序時間，數(shù)據(jù)來源于超過200件的批量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，原工藝工時未計(jì)入工序周轉(zhuǎn)用時）。

表1支承軸加工工藝改進(jìn)前后的工時對比（2）尺寸精度和表面質(zhì)量提高改進(jìn)后的工藝新增扇形加長爪工裝，形成扇形抱緊方式，增大夾持力的同時大大降低了夾緊變形，機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)高速切削，減小工件找正的時間，提高了加工效率和加工精度，表面質(zhì)量穩(wěn)定性得到保障。（3）減少清洗工序和縮短加工周期改進(jìn)后的工藝清洗工序可以刪除，原來花鍵銑削在熱處理之前，花鍵銑削是用油冷卻的，在熱處理之前必須進(jìn)行清洗。優(yōu)化后花鍵加工改為數(shù)控滾齒機(jī)加工，用切削液進(jìn)行冷卻，熱處理之前就不用清洗了，清洗工序可以刪除，縮短了加工周期，減少了轉(zhuǎn)運(yùn)磕碰，提高了生產(chǎn)效率。（4）操作人員的勞動強(qiáng)度降低改進(jìn)后的工藝采取成批加工的方式，減少了操作人員每道工序工裝裝夾更換夾具的時間。060序銑削花鍵原為臥式吊裝裝夾方式，非常困難，優(yōu)化后的工藝改為立式裝夾方式，并增加吊具工裝，減少了工件裝夾的時間，效率明顯提高了，而且改為數(shù)控滾