變速箱齒座加工工藝優化
2019-6-20 來源：東風（十堰）發動機部件有限公司 作者：房遠奇
摘要: 針對變速箱齒座加工中存在的缺陷，通過改善內孔加工方法、攻克質量風險點及優化加工參數等改進措施，達到了優化工藝、解決問題的目的。
我公司目前加工的零件以鑄鐵件為主。若根據現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進行加工驗證后，無論是加工節拍、加工質量，還是工藝流程的繁復程度，都不能滿足低成本的要求。
通過對內孔孔徑進行改善，對質量風險點進行攻關，對加工參數進行優化等一系列措施，達到了工藝流程的優化，降低了生產成本，提高了產品質量。
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
考慮到零件尺寸鏈關系比較復雜，以及尺寸精度大部分都在0.05mm以內，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。在實際加工過程中發現孔徑存在圖1產品結構喇叭口的問題。進刀口直徑與出刀口直徑相差0.01~0.04mm，尺寸不穩定。
圖 3 OP10 定位方式
經分析，主要可能存在如下問題:①夾緊變形。卡爪夾緊壓力導致孔徑存在應力消除后的變化，或者外圓夾緊位置偏低導致零件抬起。②刀具讓刀。刀柄直徑過小導致零件在切削時讓刀。③余量過大。精車余量偏大導致加工時讓刀。④應力未消除。鋼件零件自身材質偏軟，加工后，零件因為應力消失而部分還原。針對這些問題，采取了如下改善措施:
圖 4 定位點、壓緊點更改位置
（1）更改定位點和夾緊點（見圖4）。首先，更改T基準面上的定位點，增加支撐點之間的距離，從而增加支撐的穩定性;其次，更改卡爪夾緊點的位置，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調整。
（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）變更余量試驗中，發現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，零件表面外觀質量反而越差，存在無規則的花紋。雖然尺寸沒有什么影響，但是外觀很差。多次驗證后發現，將精車余量控制在0.15~0.25mm為最佳。最后以滿足質量為前提，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。
（4）在上述三點改善措施均完成之后，進行連續性的小批量驗證。先采集加工后的數據，然后將零件進行時效處理，之后再復測采集數據。依照前后兩次采集的數據進行對比分析，發現以下兩點:①喇叭口現象依然存在。②進出口尺寸相對穩定，有一定的規律性，而不再是雜亂無章。
進出口直徑相差均值為0.015mm。根據以上分析和試驗，在加工穩定的情況下，從程序上進行修改，使出口直徑比進口直徑大0.015mm。后續試驗證明，該方法不僅滿足了孔徑的要求，而且還通過了CPK大于1.33的驗證（見圖5）。
圖 5 數據點分布及過程能力值
4. 清根問題
根據圖樣要求，零件有4處需要清根，而且相關尺寸控制也比較嚴格。
四處清根部分，最大加工余量1.9mm，最小加工余量0.5mm。根據圖樣要求以及機床刀位的控制，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，否則會存在崩刃的風險。實際加工驗證存在崩刃、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）。后續加工驗證，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目測可視的臺階（見圖6左側黑點處），無法步判定臺階與切屑排除不及時有關。經過多次試驗驗證和改良， 將等量切削的余量改為由大變小地進行切削， 使刀具在切削軌跡將近完成時， 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
在樣件試制階段， 雖然已經參考現有的刀具和刀具加工參數經驗， 也采用了一部分鋼件專用刀具， 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件表面外觀差（見圖 7a） 等諸多問題。 而且加工時間（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能輸出的情況下， 對刀具進行了更換， 對加工參數進行了修改。加工參數和程序優化后， 零件表面和斷屑得到了很好的改善。 同時換刀周期也有明顯的改善。對參數進行更改（見表 2） 后， 纏繞切屑變成了 3~5mm 的卷狀切屑且自然斷裂， 零件表面不規則光亮帶也消失了。
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， 最終根據改圖 6 走刀軌跡變更對比善后的實際情況， 對工藝流程重新進行了布置和規劃， 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. 工藝優化效果
在完成孔徑變形、 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后， 對齒座的質量、 工藝節拍和成本等有了一定的控制和優化， 減少了該零件的制造成本， 從而以更優的質量和市場價格來面對市場的需求和變化。
8. 結語
從開始調試到中期各種問題點的解決， 到后期的工藝流程優化， 一環扣一環。 初期問題的及時發現， 中期問題的及時改善， 后期工藝的及時優化、 固化， 都為齒座加工質量的成功改善提供了動力。
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、 再發現……， 處于不斷循環之中。 只有不停地改善提升， 才能更好地適應市場的需求和沖擊， 才能在未來的市場中站穩腳跟。
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