锥花键齿轮轴抛丸质量问题及排除_张瑞.pdf

! ! ! ! ! !热 处 理!#$ %&#$($!# # #!# # #!# 年第 $ 期%热处理 锻压 铸造! #$%&!()*+,-./01 2(#热加工锥花键齿轮轴抛丸质量问题及排除山推工程机械股份有限公司! （山东济宁! #$）! 张! 瑞! 王春英! 蔡! 娟山推工程机械股份有限公司! （山东济宁! #$）! 张! 瑞! 王春英! 蔡! 娟抛丸（喷丸）是现代机械工业中的一项重要技术，除了在造船、机车、汽车、工程机械等行业中，被用于铸件清理、钢材预处理、喷漆前处理、涂胶前处理及表面强化外，还用于飞机制造的成形加工。我公司拥有多条吊钩式抛丸清理线，主要用于型材焊前处理、结构件喷漆前处理、轴类和齿轮等传动件的表面除锈和强化。锥花键齿轮轴是我公司生产的推土机传动系统中的主要传动件之一，具有结构紧凑、传动平稳、传递转矩大等方面的优点，但是其质量要求较高，加工制造工艺也比较复杂。在制造过程中，有两道抛丸工序。某一段时间，各机型锥花键齿轮轴连续多个批次曾出现花键被“打毛”现象，严重影响后续的装配。为此，我们对相关环节进行了试验、跟踪，最终快速解决了质量问题。#& 抛丸清理设备（#）设备组成! 我公司采用一台双钩式抛丸清理机对锥花键齿轮轴抛丸处理，设备由抛丸清理室、弹丸循环系统、轨道、吊钩、自转机构、除尘系统及电气控制部分组成。该设备主要用于小型铸件、锻件及钢结构件的表面清理及抛丸强化，以去掉工件表面的粘砂、砂芯及氧化皮，也用于对热处理件的表面清理及强化，主要是推土机传动系统所用的一些盘类和轴类零件。（$）主要技术参数! 该设备采用了 % 台 &(% 抛丸器，主要技术参数如表 # 所示。表 #% 抛丸清理机主要技术参数项! ! 目技术参数抛丸量 )*+,-.#% /$0抛射速度 +1.#20抛丸器功率 )3% /#0弹丸直径 +4 5 6#4 $吊钩行走速度 +,-.#% 6$5吊钩升降速度 +,-.#5吊钩自转转速 7+,-.#$4 5起重量 8(（(）工作原理! 该抛丸清理机由两个吊钩装载工件交替进入抛丸清理室进行抛丸清理。工作时，当准备工作（除尘系统、提升机、螺旋输送器、分离器等运行）完毕后，机器开始正常工作。首先，吊钩!下降吊起工件，上升至一定位置，然后沿轨道进入抛丸清理室，当到达预定位置后停止并开始自转。此时关闭抛丸清理室大门，打开抛丸器，开供丸闸，开始按设定的时间对工件进行抛丸清理。同时，吊钩在室外吊起工件，并等吊钩!移出室体后进入室体进行抛丸清理。重复此过程直至工作完毕，按顺序停机。工作程序如下：除尘系统开(提升机开(螺旋输送器开(分离器开(吊钩!在清理室外装载工件，升至一定高度，接触行程开关以后停止(吊钩 9 进入清理室内，到预定位置后停止(清理室大门关闭，吊钩!开始旋转(抛丸器开(供丸闸开，清理开始(同时吊钩在清理室外装载工件，升至一定高度，接触行程开关以后停止(吊钩!所挂工件清理完毕，供丸闸门关(抛丸器停(吊钩!转停(清理室大门开，吊钩!移出清理室(吊钩进入清理室内，到预定位置后停止(清理室大门关闭，吊钩开始旋转(抛丸器开(供丸闸开，清理开始(吊钩 9 在清理室外卸工件(吊钩!在清理室外装载工件，升至一定高度，接触行程开关以后停止(吊钩所挂工件清理完毕，供丸闸门关(抛丸器停(吊钩转停(清理室大门开，吊钩移出清理室，重复工作(生产结束(供丸闸自动关闭，停止抛丸器、吊钩转、螺旋输送器、分离器、除尘器直至整机的运行。（%）技术优点! 采用该设备处理同样的工件具有以下优点：#提高机械产品和金属构件的抗疲劳性能。$消除应力集中。%延长其使用寿命。&优化工件的表面工艺状态。大大提高清理效率。(减轻清理工作的劳动强度。)减轻环境污染。!#$ %&#$($热 处 理! ! ! ! ! !热加工热处理 锻压 铸造! #$# 年第 % 期!# # #!# # #! #$%&!()*+,-./01 2(#& 锥花键齿轮轴及其工艺（#）锥花键齿轮轴零件信息! 作为推土机传动系统的关键零件，锥花键齿轮轴零件尺寸精度高，制造工艺复杂。零件结构及关键技术参数、要求如图 # 所示。零件材料为 $%&($)*+,，气体渗碳、快速加热淬火回火硬度为 -. /-0,1%。图 #! 锥花键齿轮轴零件（$）制造工艺路线!根据零件的材质、结构、尺寸、表面处理等，结合公司车间的设备情况，编制和执行的工艺路线如表 $ 所示。表 ! 制造工艺路线序号 制造单位工序内容说明#采购部工序外协（锻造）! 我公司不具备锻造生产能力，故通过采购部门进行工序外协$热处理分厂（车间）热处理! 对锻造件进行正火处理2金加工分厂（车间）#3 粗车长端各部位$3 调头粗车各部位23 打中心孔43 调头打中心孔03 精车长端各部位-3 调头精车各部位53 滚齿63 滚花键73 倒角4热处理分厂（车间）热处理! 调质处理（续）序号 制造单位工序内容说明0金属结构分厂（车间）抛丸!去除调质处理过程产生的氧化皮，强化表面-金加工分厂（车间）#3 车螺纹$3 打标记5热处理分厂（车间）热处理! 滚齿淬火6金属结构分厂（车间）抛丸7金加工分厂（车间）#3 研磨中心孔$3 磨外圆23 磨外圆43 磨齿（2）抛丸工装及工艺! 锥花键齿轮在整个制造过程中有两道抛丸工序，主要目的：去除热处理过程产生的氧化皮；强化表面；消除齿部应力。从工件技术要求及工艺过程可以看出，花键部位只要求 调 质 处 理，因 此 表 面 硬 度 较 低，只 有 $-7 /26#,89，而且对花键表面粗糙度和尺寸精度要求都较高。而我们采用的弹丸是钢丝切丸，硬度达到 4. /40,1%。要想达到表面强化的目的，就必须保证一定的抛丸时间，但是抛丸时间过长势必对花键造成影响，破坏其表面粗糙度，影响到最终的装配。因此，我们采用了专门的工装，将花键部位保护起来，但仍然可以被弹丸抛射到，只是抛射的频次较齿轮部位大大降低。另外，该工件不易吊挂，采用专用工装即解决了吊挂问题，又实现了多件同时抛丸生产，提高了生产效率。同时，避免了工件碰撞对花键及齿轮造成的破坏和重叠导致的抛丸“盲区” 。第一道抛丸工艺流程为：将工件放入专用工装(将工件吊入抛丸清理室(关闭抛丸室大门(抛丸(将工件吊出抛丸清理室(将工件移出专用工装(清理（压缩空气） 。第二道抛丸工艺流程为：屏蔽螺纹（专用保护套）(将工件放入专用工装(将工件吊入抛丸清理室(关闭抛丸室大门(抛丸(将工件吊出抛丸清理室(将工件移出专用工装(清理（压缩空气） 。! ! ! ! ! !热 处 理!#$ %&#$($!# # #!# # #!# 年第 $ 期%热处理 锻压 铸造! #$%&!()*+,-./01 2(#热加工& 原因分析在 #$% 年底至 #$& 年初，各机型推土机锥花键齿轮连续多个批次出现花键被“打毛”现象，即锥花键在抛丸过程中发生塑性变形。由于变形量过大，在装配过程中不能与内花键很好配合，出现装不进去的现象。为找出“打毛”原因，我们采用“鱼刺图”进行层层分析，如图 # 所示。图#! 原因分析鱼刺图分析说明：（）由于设备地点没有发生变化，工艺流程也没有发生变化，所以不存在环境影响问题。（#）从操作人员方面来看，操作不当或者不严格按工艺执行都有可能导致抛丸的质量问题，比如操作者人为加长抛丸时间，导致“过抛”现象。（(）在设备方面，如果控制系统出现问题，比如计时器不准，实际抛丸时间比设定的时间要长，也会导致“过抛”现象。（)）抛丸方法及抛丸时间是决定抛丸质量的关键因素，但是设备、工艺未做改变，应该不是工艺或抛丸方法问题。（*）材料方面，可能是工件材料或者是热处理硬度达不到设计要求，导致材料在抛丸时表面容易发生塑性变形；另外，我们知道，运动的物体能够产生一定的机械效果，这个效果的强弱取决于物体的质量和速度两个因素。生产辅料 抛丸磨料的尺寸过大，弹丸质量增大，在抛射速度不变的情况下，动量（+!）增加，弹丸对工件表面的机械冲击力增加，工件表面塑性变形加大。弹丸形状不符合要求，存在尖角，或者弹丸硬度过大，对工件的切屑作用增强，就会出现“打毛”现象。( 分析结论针对上述可能存在的因素，对锥花键齿轮的抛丸生产进行现场跟踪，按不同因素进行逐一调查分析，结果如下：（）操作人员没有改变，对设备、工艺熟练，不存在误操作或不按工艺操作现象。（#）设备不存在故障，计时器准确，不存在问题。（(）工艺和以前相比没有变更，但是按照工艺规定的时间，锥花键出现了“过抛” 、 “打毛”现象。为此，我们现场调整，缩短了抛丸时间，结果发现仍有“打毛”现象，而且许多部位的抛丸质量达不到要求。显然，抛丸时间不能缩短，抛丸覆盖率低，达不到强化效果，导致齿轮后序磨齿易出现裂纹。（)）通过对工件表面硬度测试表明，工件表面硬度、材质符合质量要求。（*）工艺要求抛丸磨料直径为 $, & - , #+，但现场的弹丸直径明显超过 , #+，大的达到 #, *+，而且丸料未经过预处理。通过以上跟踪、分析，可以确定抛丸磨料是造成锥花键齿轮“打毛”的主要原因。此外，现场弹丸还存在以下问题：第一，直径过大，造成质量过大、冲量较大。第二，形状不符合要求，带有尖角、锐边，如图 (所示。图 (! 不符合要求的弹丸) 解决措施及效果根据造成锥花键齿轮“打毛“的主要原因，我们制定了以下对策：将用于涂装前处理和用于表面强化处理的抛丸用弹丸进行区分，在进行锥花键齿轮抛丸的设备上采用直径较小、形状规则的弹丸。分别采用不同直径弹丸和不同形状弹丸进行抛丸工艺试验。根据工艺试验结果，我们选择直径为 $, * -$, &+、硬度 )* -*./0，经过预处理，呈球状，不存在尖锐边、角和碎片的钢丝丸作为锥花键齿轮抛丸磨料。钢丸不一定是规则球体，但所有的角必须是圆的（见图 )） ，并通知有关部门采购规定弹丸进行生产。图 )! 合格弹丸形状!#$ %&#$($热 处 理! ! ! ! ! !热加工热处理 锻压 铸造! #$# 年第 % 期!# # #!# # #! #$%&!()*+,-./01 2(#)根据实际生产情况，更换了新选择的弹丸进行锥花键齿轮抛丸，在不改变其他工艺参数的情况下，工件表面抛丸覆盖率及强化效果达到工艺要求的同时，解决了花键部位被“打毛“的现象和质量问题，保证了生产的正常进行。& 结语影响质量的因素是多方面的，辅料的选择也会对工件的质量造成很大的影响。因此，作为工艺人员，应从以下方面防止类似质量问题的发生：（#）关注车间生产现场细节，随时了解情况。（$）做好工艺检查，加强对辅料的型号、质量的控制。!（$%#%#$&）利用热处理变形规律解决实际问题宣化工程机械股份有限公司! （河北! #$%$）! 闫保秋! 刘振邦! 张佃友宣化工程机械股份有限公司! （河北! #$%$）! 闫保秋! 刘振邦! 张佃友! !【摘要】! 热处理变形在热处理过程中在所难免，热处理变形有时是有规律的，掌握零件的热处理的变形规律，可以解决一些零件的热处理变形问题，减化生产工序，降低生产难度，节约生产成本。$ 技术攻关的确定链齿是推土机的重要传动零件，且用量大（#% 件 台） 。$% 年我公司准备上一套链齿热处理专用设备，后因金融危机影响，设备采购也暂缓。为减少外购开支，公司开始对链齿热处理进行技术攻关，并以 ()&* 推土机用链齿 $+%,%,（如附图所示）为攻关对象。该零件材质为 +*-$(./0；技 术 要 求：热 处 理 后 表 面 硬 度 -1 21$345，淬硬层*166。链齿简图 具体实施过程链齿这种不规则零件在热处理时肯定有较大变形，关键是变形是否有规律。首先将 $% 件零件先按图样要求加工成形，并钻好孔，再进行热处理。热处理在箱式炉中进行加热、保温、水淬，淬火后硬度在 11 2 &%345，淬硬层在 , 2 #%66；采用 7%8 回火后，硬度在 -1 21$345，符合热处理技术要求。用三坐标检测，零件 -个孔之间的间距发生了较大变化，具体如表 # 所示。! 表 $! !&# 齿块试验件孔位置实测数据（66）序号)9#)9$):$)97):7#%7; $,7