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變速箱齒座加（jiā）工（gōng）工藝優化

2019-6-20 來源：東風（十堰（yàn））發動機部件有（yǒu）限公司作者：房遠奇

摘要（yào）: 針對變速箱齒座加工（gōng）中（zhōng）存在的缺陷（xiàn），通過（guò）改善內孔加工方法、攻克質量風險點及優化加工參數等（děng）改進措施，達（dá）到了優化工藝、解決問題的目的。

我公司（sī）目前加工的零件以鑄鐵件為主（zhǔ）。若根據現有的加工條件來完成相對高精度的鋼件加（jiā）工，無法在有效的成本控製（zhì）範圍內來完成相應的生產。依照現有的刀具、夾具對鑄鋼材質的齒座（zuò）進行（háng）加工驗（yàn）證後（hòu），無論（lùn）是加工節拍、加工質量，還是工藝（yì）流（liú）程的繁複程度，都不能（néng）滿足低成本的要求。

通過對內（nèi）孔孔徑進行改善，對質量風險點進行攻關，對加工參數進行優化等一係（xì）列措（cuò）施，達到了工藝流程的優化，降低了生產成本，提高（gāo）了產品質（zhì）量。

1. 產品結構和技術要求

圖 1　產品結構

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

圖 2　產品技術要求

2. 加工工藝

考慮到零件尺寸鏈（liàn）關係比較複雜，以及尺寸精（jīng）度大部分都在0.05mm以內，在試加（jiā）工階段采用的是粗、精工（gōng）序分開加工完成，具體流程如表1所示。

3. 孔徑（jìng）加（jiā）工變形問題

零（líng）件中心孔在OP10序中完成，定（dìng）位方式是基準T麵定（dìng）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。在實際（jì）加工過程中發現孔徑存在圖1產品結構喇叭（bā）口的問題。進刀口直徑與出（chū）刀口（kǒu）直徑相差0.01~0.04mm，尺寸不穩（wěn）定。

圖 3　OP10 定位方式

經分析，主要（yào）可能存在如下問題:①夾緊變形。卡爪夾（jiá）緊壓力導致（zhì）孔徑存在應力（lì）消除後的變化，或者外圓夾緊位置偏低導致零（líng）件抬起。②刀具讓刀。刀柄直徑過（guò）小導致零件在切削時讓刀。③餘量過大。精車餘量偏大導（dǎo）致加工時讓刀。④應力未消除。鋼（gāng）件零件自身材質偏軟，加工後，零件因（yīn）為應力（lì）消失而部分還原。針（zhēn）對這些問題，采取了如下改（gǎi）善措施:

圖 4　定位（wèi）點、壓緊（jǐn）點更改位置

（1）更改定位點和（hé）夾緊點（見圖4）。首先，更改T基準麵上（shàng）的定位點，增加支撐點之間的距離，從而（ér）增加（jiā）支撐的穩（wěn）定性;其次，更改卡爪（zhǎo）夾緊點的位置，將卡爪從外圓的靠邊（biān）位（wèi）置更改到中間位置（zhì），以便（biàn）使零件的受力（lì）是（shì）在零件主體上;最後，對卡爪壓力作出適當調整。

（2）將目前使用的φ25mm刀（dāo）杆更換成φ30mm刀杆，並將刀片換成鋼（gāng）件專用刀片（piàn）（刀片的後（hòu）角更大），更有利於切屑的切斷和排出。

（3）變（biàn）更（gèng）餘量試驗中，發現鑄（zhù）鋼件（jiàn）不同於鑄鐵件的加工，不是精車餘量越小越好。鋼件精車餘量越小，零件表麵外觀質量反而（ér）越差，存在無規則的花紋。雖然尺寸沒有什麽影響，但是外觀（guān）很差。多（duō）次驗證後發現（xiàn），將精車餘量控製在0.15~0.25mm為最（zuì）佳。最後（hòu）以滿足質量為前提，將精（jīng）車（chē）餘量確定為0.2mm，從而放棄在精車餘（yú）量上的再次變動。

（4）在上述三點（diǎn）改善措施均完成之後，進行連續性（xìng）的小批量驗證。先采（cǎi）集加工後的數據（jù），然後將零件進行時效處理，之後（hòu）再複測采（cǎi）集數據。依照前後兩次采集的數據進行對比分（fèn）析，發現以（yǐ）下兩點:①喇叭口（kǒu）現象依然存在。②進出口尺寸相對穩定，有一定的規（guī）律性，而不再是雜亂無（wú）章。

進出口直徑相差均值為0.015mm。根據以（yǐ）上分（fèn）析和試驗，在加工穩定的情況下，從程序上進行修改，使出口直（zhí）徑比進口直徑大0.015mm。後續試驗證明，該方法不僅滿（mǎn）足了孔徑的要求，而（ér）且還通過了CPK大於1.33的驗（yàn）證（見圖（tú）5）。

圖 5　數據（jù）點分布及過程能力值（zhí）

4. 清根問題

根據圖樣要求，零件有4處需（xū）要清根，而（ér）且相關尺寸控製也比較嚴格。

四處清根部分，最大加工餘量1.9mm，最小加工餘量（liàng）0.5mm。根據圖樣要求以及機床刀位的控製，A、B兩處隻能（néng）選用主偏角＞90°、副偏角＞25°的車刀，C、D兩處隻（zhī）能（néng）選用主偏角＞112°、副偏角＞0°的車刀。

在（zài）實際加工中，隻有C、D兩處刀具能夠走軌跡一次（cì）加工（gōng）成（chéng）形（xíng）。而A、B兩處主偏角過大，理論上一次切削量不能（néng）太大，否則會存在崩刃的（de）風險。實際加工驗證存（cún）在崩刃、纏屑、“噎刀（dāo）”和外觀不良等諸多問題，隻能采取分量多次（cì）加工（見圖6）。後續加工驗證，雖（suī）然軌跡走刀加工出了輪廓，但在軌跡接（jiē）口的位置仍然存在一個（gè）目測可視的台階（見圖6左側黑點處（chù）），無法步判定台階與切屑排（pái）除不及時有關。經過（guò）多次試驗驗證和改良，將等（děng）量切削的餘量改為由大變小地進行切削，使刀具在切削軌跡（jì）將近完成時，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. 加工參數優化（huà）

在樣（yàng）件試製階段，雖然已經參考（kǎo）現有的刀具和刀具加工參數經驗，也（yě）采用了一部分鋼（gāng）件專用刀具，但是在實際生產中，仍然存在切屑纏繞嚴重（見圖 7b）、換刀頻次偏低以及零（líng）件表麵外（wài）觀差（chà）（見圖（tú） 7a）等（děng）諸多（duō）問題（tí）。而且加工時間（見表 1）始終無法再次提升。

圖7 b 圖（tú）7a

在無法滿足廠家指定成本和產能輸出的（de）情況下，對刀具進行了更換（huàn），對加工參數進行了修改（gǎi）。加工參數和（hé）程序優化後，零件表麵和斷屑得到了（le）很（hěn）好的改善。同時換刀（dāo）周期也有明（míng）顯的改善。對參數進行更改（見表 2）後，纏繞切屑變成了 3~5mm 的卷狀切屑且自然斷裂，零件表麵不規則光亮帶（dài）也消失了。

6. 工藝流程優化

通過以上改進措施，提高了產品質量，且產品質量穩定，加工效率得到了提升，最（zuì）終根據改圖 6　走刀軌跡變更對比善（shàn）後（hòu）的實際情況，對工藝流程（chéng）重新進行了布置和規劃，避免了部分零（líng）件多次定位造（zào）成的磕碰（pèng）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. 工藝優化效果

在完成孔徑變（biàn）形、清根纏屑外觀不良、刀具及參數提速不明顯、工藝優化等幾個問題的整改和改善之後，對齒座的質量、工藝節拍和成本等有了一定的控製和優化，減少了該零件（jiàn）的製造成（chéng）本，從而以更優（yōu）的質量和市場價格來麵對市場的需求和（hé）變化（huà）。

8. 結語

從開始調試到中期各種問（wèn）題點的解決，到後（hòu）期的工藝（yì）流程優化，一環扣一環。初期（qī）問題的及時（shí）發現，中期問題的及時改善，後期（qī）工藝的及時優化、固（gù）化，都為齒座加工質量的成功改善提（tí）供了（le）動力。

工藝的優化都是在市場需求情況下一步步地發現、改善、提升、優化、再發（fā）現……，處於不斷循環之中。隻有不停地改善提（tí）升，才能更好（hǎo）地適應市場的需求和衝擊，才能在未來的市場中站穩腳（jiǎo）跟。

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