惠建峰

摘 要：電機(jī)轉(zhuǎn)軸的精益生產(chǎn)，對(duì)從坯料到成品中各個(gè)工序進(jìn)行了專業(yè)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)等方面的分析，提出各個(gè)工序中會(huì)出現(xiàn)的問題及解決辦法，文章所涉及的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域包括鍛造，機(jī)械加工、熱處理等，所涉范圍之廣，篇幅所限，僅針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸在以上三個(gè)行業(yè)生產(chǎn)過程中所遇到的問題、原因分析以及解決方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)軸；精益生產(chǎn)；機(jī)械加工；鍛造；熱處理；電機(jī)制造

轉(zhuǎn)軸作為電機(jī)中最重要的零部件之一，其質(zhì)量包含兩個(gè)方面，一個(gè)是外形質(zhì)量，直接影響轉(zhuǎn)子裝配精度；一個(gè)是性能質(zhì)量，會(huì)對(duì)電機(jī)整體長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。隨著公司產(chǎn)能的不斷加大，在持續(xù)深化的精益生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)軸質(zhì)量在所涉及的鍛造、機(jī)加、熱處理甚至總裝等各領(lǐng)域中，會(huì)遇到各種各樣的問題，下面文章就針對(duì)轉(zhuǎn)軸在這三個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中所遇到的問題、原因分析以及解決方法進(jìn)行探討。

1 鍛造

轉(zhuǎn)軸的鍛造是將坯料加熱到1250℃左右再按照鍛造圖紙尺寸要求進(jìn)行鍛打的過程。這個(gè)過程是特殊過程的一種，之所以稱為特殊過程，是因?yàn)槠湔麄€(gè)生產(chǎn)過程中存在不易人為控制的影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素，文章后面我們提及的熱處理也是其中之一。

1.1 鍛造缺陷及其產(chǎn)生原因

1.1.1 裂紋。裂紋有很多種，分為表面橫向和縱向裂紋、內(nèi)部橫向和縱向裂紋、表面龜裂、內(nèi)部微裂紋等。

表面橫向裂紋主要是由于原材料質(zhì)量不好，鋼錠冶金缺陷引起的。內(nèi)部橫向裂紋原因有兩種，一種是坯料加熱速度過快形成的加熱裂紋，另一種是拔長(zhǎng)低塑性材料時(shí)相對(duì)送盡量過小造成的。表面縱向裂紋產(chǎn)生原因可能是鋼錠的冶金質(zhì)量差以及墩粗低塑性鋼的相對(duì)壓下量過大所致。內(nèi)部縱向裂紋產(chǎn)生原因有三個(gè)，一是縮管或二次縮孔，二是加熱未燒透，中心溫度過低，三是遇到低塑性高合金鋼時(shí)，送給量過大或在同一部位反復(fù)翻轉(zhuǎn)拔長(zhǎng)所致。表面龜裂是由于鋼中銅、錫、砷、硫的含量較多或始鍛溫度過高，以及開始錘擊過重等引起的。內(nèi)部微裂紋是由中心疏松組織未鍛合而引起的，常與非金屬夾雜并存，也稱為雜質(zhì)性裂紋。

1.1.2 局部粗晶鍛件表面或內(nèi)部的局部區(qū)域晶粒粗大。產(chǎn)生原因是加熱溫度偏高變形不均勻、局部變形程度（鍛造比）太小所致。

1.1.3 表面折疊、凹坑是由拔長(zhǎng)時(shí)帖子圓角過小或送進(jìn)量小于壓下量造成的，也有氧化皮清理不干凈，隨坯料一起鍛打造成。

1.1.4 重心偏移。是因?yàn)榧訜釡囟炔痪板懺鞎r(shí)下壓量不均導(dǎo)致鋼錠中心與鍛件中心不重合，影響鍛件質(zhì)量。

1.1.5 過燒。是鍛造加熱溫度太高，使奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象。過燒是嚴(yán)重的加熱缺陷，工件一旦過燒就無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。

1.1.6 鍛造彎曲。鍛造過程中由鍛打頻次，鍛打每錘沖擊力的均勻性及設(shè)備等原因造成整體軸向明顯的彎曲，彎曲量大的甚至?xí)绊懞罄m(xù)加工，這也是在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的問題。

1.2 解決方案

1.2.1 使用質(zhì)量合格的原材料，并要對(duì)其表面缺陷進(jìn)行認(rèn)真清除。

1.2.2 制定合理的加熱、鍛造及鍛造后冷卻工藝，選用合適的工具工裝，生產(chǎn)過程中的每個(gè)工步都必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝及操作規(guī)程。

1.2.3 有內(nèi)部較大裂紋、白點(diǎn)的鍛件以及過燒的坯料只能報(bào)廢，對(duì)鍛件的表面缺陷在能滿足后續(xù)加工的前提下，可以進(jìn)行清除或返修。

1.2.4 鍛造彎曲的解決首先必須排除由錘砧平整度、機(jī)械鉗臂的水平度等設(shè)備原因引起的問題；再次在實(shí)際鍛打過程細(xì)化操作，多轉(zhuǎn)勻打，及時(shí)清除氧化皮等。

2 熱處理

熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定溫度，并在該溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定速度冷卻的一種熱加工工藝。其目的是通過改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能。適當(dāng)熱處理可以顯著提高鋼的綜合機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命，而轉(zhuǎn)軸一般采用調(diào)質(zhì)處理。本節(jié)針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的熱處理工藝-調(diào)質(zhì)進(jìn)行討論。

2.1 熱處理缺陷

調(diào)質(zhì)也是特殊過程之一，其對(duì)設(shè)備、環(huán)境、人員技能及經(jīng)驗(yàn)要求都是較高的。它包含淬火和高溫回火，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響到最終的產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1.1過熱。過熱是工件淬火加熱時(shí)，由于溫度過高和保溫時(shí)間過長(zhǎng)造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。過熱在淬火后得到粗大馬氏體組織，易于引起淬火裂紋。因此淬火過熱的轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度和韌性明顯降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。

2.1.2 氧化和脫碳。淬火加熱時(shí)，轉(zhuǎn)軸與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減少，表面光潔度降低，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使軸身出現(xiàn)軟點(diǎn)或者硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此，淬火加熱時(shí)，在獲取均勻化奧氏體組織的同時(shí)，必須盡量減少氧化和脫碳現(xiàn)象。

2.1.3 機(jī)械性能不達(dá)標(biāo)。調(diào)質(zhì)后的轉(zhuǎn)軸性能指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。包括強(qiáng)度指標(biāo)（抗拉強(qiáng)度Rm、屈服強(qiáng)度Rel）、塑性指標(biāo)（伸長(zhǎng)率A、收縮率Z、沖擊功Ak）。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可能有以下幾種原因：（1）試制階段，工藝參數(shù)的調(diào)整；（2）不同冶煉爐號(hào)的原材料含碳量的變動(dòng)；（3）冬夏季室溫的較大反差引起淬火液冷卻曲線的微量變動(dòng)，以及淬火冷卻液本身長(zhǎng)期使用引起的冷卻能力的變化；（4）由于每個(gè)人操作經(jīng)驗(yàn)不同引起的控制預(yù)冷時(shí)間的變化。以上除原材料及工藝參數(shù)因素外，其他都較難可控，依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)成分較大，正所謂人是質(zhì)量控制中最不穩(wěn)定因素。

2.1.4 調(diào)質(zhì)彎曲。轉(zhuǎn)軸調(diào)質(zhì)彎曲是在熱處理過程中不可避免的現(xiàn)象，當(dāng)彎曲量超過一定值時(shí)，會(huì)影響后續(xù)機(jī)械加工成型。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，調(diào)直彎曲引起的缺陷甚至報(bào)廢現(xiàn)象最為普遍，所以雖然不可避免，但還是在現(xiàn)有的條件下盡量減少。

2.2 解決方案

2.2.1 輕微的過熱可以通過延長(zhǎng)回火時(shí)間補(bǔ)救，嚴(yán)重的過熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。

2.2.2 定期檢查設(shè)備、校核儀器儀表，保證淬火液溫度符合要求，尤其是要保證冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻能力，這在連續(xù)工作的情況下較易出現(xiàn)循環(huán)能力不足，引起淬火不完全。

2.2.3 嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行操作，尤其要保證充足的回火保溫時(shí)間以降低殘余應(yīng)力變形。對(duì)于加工余量較小，表面氧化脫碳又要求嚴(yán)格的產(chǎn)品可考慮使用真空爐加熱。

2.2.4 性能指標(biāo)中如果只是塑性（伸長(zhǎng)率A、收縮率Z、沖擊功Ak）不足，可通過適當(dāng)提升回火溫度進(jìn)行重回火處理，如果是強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度Rm、屈服強(qiáng)度Rel）不足，只能返工，重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)次數(shù)不得超過三次。

2.2.5 降低調(diào)質(zhì)彎曲可通過提高淬火液循環(huán)冷卻能力。近年越來越多的熱處理企業(yè)開始采用吊盤型裝，就是將每根軸通過軸端的一個(gè)吊裝孔按一定數(shù)量和排列吊掛在盤型吊具上，這樣既能節(jié)省大量的吊具費(fèi)用，降低能耗，又可以使轉(zhuǎn)軸在調(diào)質(zhì)工藝過程中充分且均勻淬火和回火，大幅提升產(chǎn)品性能質(zhì)量，降低彎曲度。

3 機(jī)械加工

金屬切削過程實(shí)質(zhì)上就是產(chǎn)生切屑和形成已加工表面的過程。最具代表性的切削加工是車削、銑削、磨削及鉆削，轉(zhuǎn)軸類大多以車削、磨屑為主，下面文章主要介紹在加工中常見的以車削、磨屑為主的缺陷。

3.1 機(jī)加缺陷

3.1.1 表面粗糙、毛刺多，光潔度達(dá)不到要求。多與刀刃磨損，切削熱，進(jìn)給速度過快或積屑瘤及系統(tǒng)振動(dòng)大有關(guān)。零件表面粗糙，會(huì)造成接觸剛性低、耐磨性差，疲勞強(qiáng)度與耐腐蝕性下降，配合性質(zhì)改變。

3.1.2 尺寸超差，尤其是在精車成型和精磨成型階段，雖然現(xiàn)在大多成型工序都已實(shí)現(xiàn)數(shù)控操作，很少存在人為因素引起的不合格現(xiàn)象，但在實(shí)際生產(chǎn)中，也常會(huì)遇到由于機(jī)床故障、中心架偏差、刀片磨損、砂輪角度控制不準(zhǔn)等原因造成的尺寸微量超差，這些問題不易發(fā)現(xiàn)，較難受人為控制，會(huì)引起批量質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響質(zhì)量等級(jí)評(píng)定。

3.1.3 不同軸：當(dāng)工件加工柱面時(shí)，由于工藝要求兩次裝夾后，同軸線的柱面不同部分或不同柱面加工完后的不同軸現(xiàn)象，主要是二次裝夾時(shí)未找正回轉(zhuǎn)軸中心。

3.1.4 加工長(zhǎng)軸圓柱度超差。在實(shí)際生產(chǎn)中尤其是加工稍長(zhǎng)軸的過程發(fā)現(xiàn)，加工出來的工件會(huì)出現(xiàn)一定的錐度，加工的余量越大，錐度越明顯，往往會(huì)使工件的圓柱度超差，通過分析得知，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是機(jī)床主軸與機(jī)床尾座的剛度不同造成的，尾座的剛度比較弱，在加工的過程中，刀具距離尾座越近工件向后退讓的距離越大，導(dǎo)致工件的尾端尺寸增大，造成工件的圓柱度誤差。

3.2 解決方案

3.2.1 控制機(jī)械加工的主軸轉(zhuǎn)速，使用較高或者較低的轉(zhuǎn)速，避開產(chǎn)生積屑瘤的速度范圍。

3.2.2 適當(dāng)加大刀具前角，減小進(jìn)給量、提高刀具表面刀磨質(zhì)量、選用潤(rùn)滑性良好的切削液。

3.2.3 定期檢查設(shè)備和工裝，校對(duì)基準(zhǔn)，在生產(chǎn)過程中，做到檢查每根轉(zhuǎn)軸的每個(gè)工序所涉及的每個(gè)尺寸，加強(qiáng)和細(xì)化自檢互檢終檢工作，發(fā)現(xiàn)誤差及時(shí)糾正，使不合格現(xiàn)象能在本單位甚至本工序得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正。

3.2.4 在精加過程中做好頂尖孔和夾位的修正，保證基準(zhǔn)精度。這是后續(xù)精車成型和精磨成型的基礎(chǔ)。

3.2.5 長(zhǎng)軸圓柱度超差可以通過多次走刀，減少精加工余量的辦法解決；也可以通過安裝中心架來提高工件的剛度解決，但這兩種方法在實(shí)際批量生產(chǎn)中都會(huì)降低生產(chǎn)效率。為了不影響機(jī)床的生產(chǎn)效率，作者利用了數(shù)控機(jī)床本身的特點(diǎn)，提出了更加有效的解決辦法。具體做法是：先試切幾個(gè)軸，然后測(cè)出所加工圓柱面的兩端直徑差，再把加工程序改成與試件錐度相反的加工錐面的程序就可解決問題。

4 其他因素

（1）產(chǎn)品在生產(chǎn)的各工序之間流轉(zhuǎn)，不可避免地出現(xiàn)一些磕碰傷、壓痕等缺陷。這些缺陷雖然微小，而且大多不影響使用，但從對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量負(fù)責(zé)，從對(duì)公司品牌形象影響的角度考慮，再微小的缺陷也是不被允許的。這些缺陷可通過工藝流程的合理安排，盡量減少產(chǎn)品的流轉(zhuǎn)次數(shù)，各類工裝做好防磕碰處理，流轉(zhuǎn)過程中盡量輕拿輕放等預(yù)防性措施。對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的小磕碰傷可人工打磨擦拭干凈。

（2） 標(biāo)識(shí)也是轉(zhuǎn)軸質(zhì)量的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，在不斷深化的精益生產(chǎn)過程中，標(biāo)識(shí)的流轉(zhuǎn)打印都顯得越來越重要，它是每根轉(zhuǎn)軸的身份證，具有唯一性，可識(shí)別性，可追溯性。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，要實(shí)現(xiàn)每根軸一個(gè)標(biāo)識(shí)卡，成品轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)軸端鋼印標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)卡等控制文件保存十年以上等，以此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可控可追溯的目的。

（3）如今的各大生產(chǎn)企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，減少不必要的庫存浪費(fèi)，都會(huì)采用拉動(dòng)式生產(chǎn)管理。這種管理方式要求按訂單生產(chǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，往往由于訂單數(shù)量增多、生產(chǎn)周期的縮短，導(dǎo)致對(duì)轉(zhuǎn)軸這種生產(chǎn)中包含了多種特殊過程的產(chǎn)品沒有充足自然時(shí)效時(shí)間，影響內(nèi)部應(yīng)力的釋放。在實(shí)際生產(chǎn)中也多次發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子已經(jīng)裝配好后出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，影響整個(gè)電機(jī)的裝配質(zhì)量。這與生產(chǎn)周期的縮短是有沖突之處的。所以我們必須保證生產(chǎn)周期的合理性，不然只能增加去應(yīng)力回火工序，通過人工時(shí)效減少內(nèi)應(yīng)力以降低彎曲，這也勢(shì)必會(huì)造成生產(chǎn)成本的增加。

5 結(jié)束語

轉(zhuǎn)軸的生產(chǎn)在技術(shù)和工藝越來越成熟的今天，對(duì)細(xì)節(jié)的把控顯得越來越重要。2014年在對(duì)我公司生產(chǎn)的某內(nèi)燃機(jī)車和某動(dòng)車電機(jī)用的兩種轉(zhuǎn)軸的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，全年造成的各類缺陷遍布鍛造機(jī)加熱處理等各個(gè)工序。其中原因包括材料缺陷、工藝試制時(shí)的調(diào)整、人為因素、設(shè)備及工具工裝等問題。除去原材料缺陷，大多因素都是可控可避免的。所以轉(zhuǎn)軸的精益生產(chǎn)不只是依靠先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和生產(chǎn)技術(shù)，不只是提升工藝水平和設(shè)備能力等，還要有更創(chuàng)新的管理理念和持續(xù)的改進(jìn)機(jī)制，要有每個(gè)人對(duì)工作執(zhí)著的信念和對(duì)自身素養(yǎng)不斷的追求。在我們主要靠人生產(chǎn)的現(xiàn)階段，離像德國(guó)那樣的高自動(dòng)化生產(chǎn)還有很長(zhǎng)的一段路要走。

參考文獻(xiàn)

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[2]金屬熱處理[Z].

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