李 超

(中車(chē)株洲電機(jī)有限公司 湖南 株洲 412001)

動(dòng)車(chē)組牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)端蓋加工工藝研究和優(yōu)化

李 超

(中車(chē)株洲電機(jī)有限公司 湖南 株洲 412001)

某動(dòng)車(chē)組牽引電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)端蓋加工過(guò)程極易產(chǎn)生超差變形，本文分析了其在加工過(guò)程中尺寸超差、形位公差不合格的內(nèi)在原因，通過(guò)合理編排工藝過(guò)程來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

牽引電動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)端蓋；薄壁框架；超差

1 概述

1.1 電機(jī)及端蓋特點(diǎn)概述

動(dòng)車(chē)組牽引電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)端蓋是其重要零部件之一，是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高的薄壁框架的盤(pán)形零件，且在加工工序間需要穿插焊接工序，加工過(guò)程中和加工后極易產(chǎn)生變形超差，所以控制其尺寸精度和形位公差的難度非常大。

為滿足牽引電動(dòng)機(jī)輕量高效的要求，本端蓋零件最大程度地去除了工件多余材料，采用鏤空結(jié)構(gòu)，即采用4條寬度不一、與定位面呈40°的筋板連接而成的鏤空薄壁框架結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)，工件厚度不足20 mm，加工過(guò)程中容易因工件裝夾、工藝參數(shù)或工藝方法選擇不當(dāng)?shù)仍斐闪慵冃危恢箍?、軸承室等關(guān)鍵部位分列零件兩側(cè)，且該零件雙止口、軸承室等關(guān)鍵部位的尺寸精度和形位公差等要求高，如何合理安排加工工序、選擇正確的工藝方法，是該零件加工的最大難點(diǎn)。

1.2 初步工藝安排

經(jīng)分析，此工件加工應(yīng)遵循“加工精度低的部位和工序在前，加工精度高的部位和工序在后”的原則，同時(shí)遵循和焊接相關(guān)的工序提前的原則，以避免焊接帶來(lái)的超差和變形。所以鉆孔(通風(fēng)孔、注油孔、傳感器側(cè)邊安裝孔)、銑儲(chǔ)油槽和缺口、銑鉆傳感器處缺口和孔、銑鉆傳感器定位面和安裝孔、鉆安裝孔、精車(chē)大小端(端蓋正反面)、磨軸承室等工序應(yīng)相繼完成。

2 初步工藝的說(shuō)明和分析

2.1 初步工藝說(shuō)明

(1)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，儲(chǔ)油槽和缺口的銑削加工采用三爪卡盤(pán)自動(dòng)定心實(shí)現(xiàn)定位并夾緊，三爪卡盤(pán)緊固在立銑工作臺(tái)上。經(jīng)試制發(fā)現(xiàn)，銑削的儲(chǔ)油槽和缺口質(zhì)量波動(dòng)較大，與軸承室的同軸度等形位公差時(shí)有超差、質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

(2)傳感器處孔和缺口的加工在臥式加工中心完成，工件壓緊在T型槽靠鐵上，靠鐵緊固在機(jī)床工作臺(tái)上，靠鐵上裝有特制的定位棒用以定位工件，螺桿壓板實(shí)現(xiàn)壓緊。經(jīng)試制加工發(fā)現(xiàn)，傳感器定位塊焊接、加工后時(shí)有超差現(xiàn)象，導(dǎo)致傳感器安裝時(shí)有偏差。

(3)本零件由9個(gè)部件焊接而成，分別為：工件主件、注油孔堵塊2個(gè)、傳感器堵塊、加油管、大小蓋板2塊、傳感器定位塊、傳感器導(dǎo)向管，而這些焊接件作用不同，分布在工件主件的加工面和非加工面。該零件的2個(gè)注油孔堵塊、傳感器堵塊、2塊風(fēng)道蓋板的焊接位置處于工件主件的非加工面，而加油管、傳感器定位塊、傳感器導(dǎo)向管的焊接位置處于工件主件的加工面，為最大限度地減小焊接帶來(lái)的變形，焊接工序應(yīng)盡量提前。所以將非加工面的焊接設(shè)置為第1道工序，加工面的焊接工序設(shè)置為此處加工后的第1道工序。同時(shí)，為消除焊接對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在最后一道焊接工序后，設(shè)置退火工序。

產(chǎn)品試制后發(fā)現(xiàn)，2塊風(fēng)道蓋板焊接形成密閉空間的鐵屑清理非常困難；退火工序使端蓋大端面變形嚴(yán)重，焊接部位和孔道出現(xiàn)大量焊渣，都給后續(xù)加工帶來(lái)困難。

(4)在安排精車(chē)工序時(shí)，由于該工件是薄壁鏤空結(jié)構(gòu)，直接采用三爪卡盤(pán)定位裝夾加工時(shí)，三爪的徑向夾緊力會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生少量的彈性變形，而當(dāng)工件卸下、回彈后，本已加工合格的尺寸會(huì)發(fā)生很大變化。因此針對(duì)此工件設(shè)計(jì)制造了專(zhuān)門(mén)的正、反面車(chē)削模具，分別采用止口、軸承室的圓周面定位，4套螺桿、壓板直接實(shí)現(xiàn)軸向壓緊，最大程度地減小彈性變形的影響。

經(jīng)上述精車(chē)工序安排，仍然出現(xiàn)了超差：雙止口和軸承室的同軸度已達(dá) 0.07～0.1 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)0.04 mm的同軸度要求。

圖1 動(dòng)車(chē)端蓋結(jié)構(gòu)圖

2.2 初步工藝缺陷分析

(1)針對(duì)傳動(dòng)端蓋試制時(shí)出現(xiàn)的儲(chǔ)油槽質(zhì)量問(wèn)題，分析發(fā)現(xiàn)：由于前一道鉆孔工序，即通風(fēng)孔的加工導(dǎo)致了定位圓周面不規(guī)則(見(jiàn)圖2)，而此圓周面又作為后續(xù)儲(chǔ)油槽銑鉆工序的定位基準(zhǔn)，當(dāng)使用三爪卡盤(pán)直接夾持上述定位圓周面進(jìn)行銑鉆加工時(shí)，加工質(zhì)量自然有波動(dòng)，難以保證。

圖2 油槽結(jié)構(gòu)圖

(2)對(duì)傳感器部位加工工序的整體分析：在毛坯面上先銑鉆傳感器處孔和缺口，再車(chē)削定位面時(shí)會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量不穩(wěn)。這是由于加工基準(zhǔn)選擇不當(dāng)導(dǎo)致的超差：由于毛坯面尺寸公差較大，以毛坯面定位加工，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的端蓋正、反面車(chē)削加工后傳感器處缺口的深度以及傳感器安裝孔位置尺寸偏差較大，使得傳感器導(dǎo)管、定位塊焊接和后續(xù)銑鉆工序后出現(xiàn)超差和傳感器安裝的偏差。同時(shí)，銑削產(chǎn)生的缺口致使后續(xù)產(chǎn)生斷續(xù)車(chē)削，這也會(huì)對(duì)車(chē)削刀具產(chǎn)生不良影響。

(3)后續(xù)風(fēng)孔加工時(shí)的鐵屑會(huì)直接進(jìn)入由2塊風(fēng)道蓋板提前焊接形成的密閉空間，給清理鐵屑造成了極大的困難。而加油管、傳感器定位塊等附屬件的焊接位置處于端蓋大端面上，為加工面，因此焊接工序在端面車(chē)削工序后進(jìn)行。如果在此焊接工序后設(shè)置1道退火工序，會(huì)導(dǎo)致車(chē)削好的端面出現(xiàn)變形，此端面是后續(xù)車(chē)削工序的基準(zhǔn)，這一基準(zhǔn)的變形會(huì)給后續(xù)加工工序帶來(lái)一系列的不良影響。

為實(shí)現(xiàn)貫穿注油孔的加工(見(jiàn)圖3)，堵塊外圍會(huì)被破壞，注油孔加工完成后，要對(duì)堵塊外圍孔口處進(jìn)行焊接封堵處理，以生成封閉的油路。雖然孔口較小，但直接焊接封堵，會(huì)導(dǎo)致鐵水流入油孔內(nèi)腔后形成焊渣，焊渣難以清理并可能堵塞油路。

圖3 注油孔結(jié)構(gòu)圖

(4) 分析發(fā)現(xiàn)：在原來(lái)的精車(chē)工序中，精車(chē)小端時(shí)，精車(chē)雙止口和油槽分為2道工序來(lái)完成，即要實(shí)現(xiàn)軸向裝夾，夾具位置、工件裝夾部位不可避免地會(huì)與加工路徑出現(xiàn)干涉，因而采用“止口部位裝夾，加工油槽內(nèi)孔”、“油槽內(nèi)孔部位裝夾，加工止口部位”2次裝夾的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖4)；上述做法雖然避免了干涉的影響，但2次裝夾卻使得加工定心、定位基準(zhǔn)不重合，也直接導(dǎo)致了止口和軸承室同軸度等形位公差的超差。

圖4 原車(chē)削工裝結(jié)構(gòu)圖

3 工藝優(yōu)化及效果

(1)對(duì)于工序間的矛盾，可以采用最簡(jiǎn)單高效的措施：即將儲(chǔ)油槽銑削工序調(diào)整至鉆孔工序前，以保證定位圓周面的規(guī)則性。工序調(diào)整后的合格率可達(dá)99.5%，此工序的調(diào)整保證了大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。另外，在使用數(shù)控設(shè)備銑削儲(chǔ)油槽和缺口時(shí)，可同時(shí)給注油孔打上2 mm引孔，此引孔是注油孔加工工序的基準(zhǔn)，保證了注油孔加工的質(zhì)量。這一道工序不僅提升了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和效率，同時(shí)也避免了由于銑鉆工序置前帶來(lái)的剛性不足的問(wèn)題。

(2)上述分析不難看出：應(yīng)選擇加工面為基準(zhǔn)來(lái)加工，即在加工面上銑鉆傳感器處缺口和孔之前，完成定位面的加工，再以此定位面作為傳感器處銑鉆工序的基準(zhǔn)面，通過(guò)提高基準(zhǔn)面的精確性來(lái)保證后續(xù)工序質(zhì)量，因此拆分原有的車(chē)削工序，并將車(chē)削定位面工序置于本工序前。按上述方法調(diào)整后，傳感器處幾乎再未出現(xiàn)超差現(xiàn)象，保證了該產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的可靠性。同時(shí)避免了斷續(xù)車(chē)削對(duì)刀具產(chǎn)生的不良后果。

(3)針對(duì)缺陷第1點(diǎn)，必須拆分并調(diào)整第1道焊接工序，即先將首道焊接工序拆分，將風(fēng)道蓋板的焊接安排至風(fēng)孔加工后、其他機(jī)加工工序前，并在風(fēng)孔加工后安排一道精整工序，以最大限度地去除加工鐵屑，保證焊接部位的清潔。焊接工序初步拆分為3道：①焊堵塊(兩注油孔處、一傳感器處)；②焊蓋板；③焊油管、傳感器定位塊、傳感器導(dǎo)向管。

針對(duì)缺陷第2點(diǎn)，由于焊接的焊縫長(zhǎng)度不是很長(zhǎng)，而且本工件加工工序長(zhǎng)，工序時(shí)間的自然時(shí)效即可釋放大部分焊接熱及其帶來(lái)的變形影響，考慮去除退火工序，并嚴(yán)格控制焊接過(guò)程，使焊接面積最小化，將焊接熱和產(chǎn)生的不良影響控制在最小。經(jīng)試制發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的焊接工序?qū)罄m(xù)工序和產(chǎn)品質(zhì)量的影響不是很大，依然符合設(shè)計(jì)圖紙要求，因此采用“去除退火工序、控制焊接過(guò)程” 的優(yōu)化措施。

針對(duì)缺陷第3點(diǎn)，先優(yōu)化堵塊注油孔外孔口的結(jié)構(gòu)，即采用一沉孔結(jié)構(gòu)，具體是在?6 mm的注油孔加工后，加工1個(gè)?10 mm、深度為2 mm的沉孔，同時(shí)采用?9 mm、厚度為4 mm的小蓋板，在蓋板放入沉孔的基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接，消除上述鐵水流入而產(chǎn)生焊渣的影響(見(jiàn)圖5)。

圖5 注油孔改進(jìn)示意圖

圖6 車(chē)削改進(jìn)示意圖

(4)由上述分析可知，要保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須重新設(shè)計(jì)模具以實(shí)現(xiàn)工件的一次性裝夾和加工。分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，可轉(zhuǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劣勢(shì)為優(yōu)勢(shì)，即充分利用該工件鏤空結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，壓緊機(jī)構(gòu)可從此鏤空處伸出并壓緊，壓緊點(diǎn)選取較為厚實(shí)的工件背面；同時(shí)充分考慮數(shù)控設(shè)備的特征，選取更高轉(zhuǎn)速的數(shù)控立車(chē)來(lái)加工。新的精車(chē)小端和止口夾具按如下思路設(shè)計(jì)：①模具定位面直接靠緊數(shù)控立車(chē)臺(tái)面實(shí)現(xiàn)定位并采用T型螺栓來(lái)緊固模具；②采用4組等高的壓緊螺桿、支撐螺桿、壓板、螺母等壓緊機(jī)構(gòu)，螺桿旋緊在模具上，從鏤空處伸出并實(shí)現(xiàn)工件的壓緊(見(jiàn)圖6)。如此，實(shí)現(xiàn)了工件的一次性軸向裝夾和加工；③采用模具定位模芯外圍面定心、模具端面定位，工件的定位面分別是 ? 198mm的內(nèi)孔和大端面。 同時(shí)采用扭力扳手保證四處壓緊力的一致性，并對(duì)車(chē)削參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化(分步、小量高速車(chē)削)，改善效果更為明顯。

上述工藝優(yōu)化措施避免了夾具位置、工件裝夾部位與加工路徑的干涉，實(shí)現(xiàn)了端蓋小端儲(chǔ)油槽內(nèi)孔和止口的一次性裝夾、加工，不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量、消除了尺寸和形位公差超差，同時(shí)還提升了工作效率，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，工藝優(yōu)化效果十分明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述端蓋加工工藝的研究和優(yōu)化，尺寸精度、形位公差超差等產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題得到了極大的優(yōu)化和改善，從根本上提升了產(chǎn)品質(zhì)量，并為此后牽引電動(dòng)機(jī)中此類(lèi)端蓋的加工提供了依據(jù)和參照?！?/p>

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)05-0014-03

2016-01-18

李 超(1989-)，男，本科學(xué)歷，助理工程師，從事?tīng)恳姍C(jī)研究及銷(xiāo)售工作。

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