電機(jī)軸機(jī)械加工油封位螺旋紋不良改善

夏杰

摘 要：電機(jī)軸油封位存在螺旋紋，導(dǎo)致整機(jī)裝配后PV耐久試驗(yàn)油封位漏油。通過棉線吊砝碼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)測試，棉線左右竄動，判定油封位外徑存在螺旋線;通過排查和驗(yàn)證，選取更大粒度的陶瓷砂輪進(jìn)行油封位精磨，并在精磨工序后增加光磨工序，同時(shí)增加砂輪修磨頻次，然后進(jìn)行相應(yīng)的加工驗(yàn)證。根據(jù)各種驗(yàn)證結(jié)果來優(yōu)化相關(guān)的工藝流程，從而達(dá)到加工產(chǎn)品滿足整機(jī)PV耐久試驗(yàn)的需求。

關(guān)鍵詞：螺旋紋;砂輪;粒度;精磨

0 引言

2018年7月，公司承接了海外K客戶的發(fā)電機(jī)項(xiàng)目。作者主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)供應(yīng)商按產(chǎn)品圖紙要求開發(fā)軸類零件加工工藝，并針對后續(xù)的產(chǎn)品實(shí)用狀態(tài)提出改善方案。

此項(xiàng)目電機(jī)軸油封位圖紙要求粗糙度Rz2.5，初期生產(chǎn)產(chǎn)品粗糙度滿足Rz2.5的要求，但在整機(jī)PV耐久試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)油封位存在漏油現(xiàn)象;通過機(jī)床兩頂尖頂住中心孔，在油封位使用棉線吊20 g砝碼，機(jī)床順時(shí)針旋轉(zhuǎn)測試的方法，棉線出現(xiàn)左右竄動，判定油封位存在螺旋線，同時(shí)，試驗(yàn)驗(yàn)證螺旋線是漏油的根源;排查發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商精磨工序使用陶瓷砂輪粒度小，修磨砂輪頻次低，一次精磨無法完全消除螺旋線，指導(dǎo)供應(yīng)商選取更大粒度的陶瓷砂輪，增加砂輪修磨頻次，同時(shí)在精磨工序后增加光磨工序。

通過調(diào)整后的加工驗(yàn)證，從而達(dá)到油封位螺旋線的消除，最終達(dá)到滿足整機(jī)PV耐久試驗(yàn)的需求和整車運(yùn)行需求。

同時(shí)，通過此次機(jī)械加工相關(guān)工藝調(diào)整的研究，公司在機(jī)械加工方面規(guī)避螺旋線吸取了一定的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的金屬加工積累了技術(shù)能力。

1 產(chǎn)品介紹及問題描述

1.1 油封位結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求

此零件為軸類結(jié)構(gòu)，熱處理后油封位采用機(jī)械磨削加工，油封位直徑要求φ48-0.025/-0.050 mm，粗糙度要求Rz2.5。

1.2 問題描述

在產(chǎn)品開發(fā)初期時(shí)，從成本角度考慮，產(chǎn)品油封位直徑熱后采用一次精磨完成（見表1），精磨使用陶瓷砂輪選取F60粒度的，過程控制中陶瓷砂輪的修磨為精磨10件進(jìn)行一次修整。此工藝加工出的產(chǎn)品，測量油封位直徑和粗糙度均符合圖紙要求，但在整機(jī)PV耐久試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)油封位漏油。

2 初步原因分析及驗(yàn)證

2.1 通過對PV耐久試驗(yàn)失效軸進(jìn)行油封位粗糙度、直徑、螺旋線進(jìn)行檢測分析，確定油封位漏油的失效原因

（1）油封位粗糙度測量。使用粗糙度儀對軸油封位進(jìn)行測量，實(shí)測值1.870 um，滿足圖紙要求Rz2.5。

（2）油封位直徑測量。使用光學(xué)軸類測量儀對軸油封位直徑進(jìn)行測量，實(shí)測值φ47.962-47.964 mm，滿足圖紙要求φ47.950-47.975 mm。

（3）油封位螺旋線檢測。使用氣槍及白布清潔軸兩端中心孔，并擦拭油封位，機(jī)床兩頂尖頂住軸兩端中心孔，在油封位使用棉線吊20 g砝碼，在棉線上滴白油，啟動機(jī)床順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速設(shè)定160 r/min，觀察棉線出現(xiàn)左右竄動，判定油封位存在螺旋線。

2.2 對油封位漏油的失效原因進(jìn)行驗(yàn)證

挑選油封位直徑和粗糙度均合格的軸，使用砂輪磨削加工，分別加工2根油封位有螺旋線和2根無螺旋線的軸，進(jìn)行PV耐久試驗(yàn)驗(yàn)證，通過1 300 h的耐久試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)裝配有螺旋線的軸，試驗(yàn)過程中發(fā)生了漏油現(xiàn)象，但裝配無螺旋線的軸，整個(gè)試驗(yàn)過程均未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

通過以上的失效原因分析和驗(yàn)證，可確定油封位有螺旋線是導(dǎo)致PV耐久試驗(yàn)漏油的根源。

3 根本原因分析及驗(yàn)證

3.1 針對磨削后油封位有螺旋線的問題，排查機(jī)床精度、加工參數(shù)、砂輪型號和砂輪過程控制，確定螺旋線的產(chǎn)生原因

（1）機(jī)床精度。精磨油封位采用日本進(jìn)口津上G300A-500數(shù)控外圓磨床，具有穩(wěn)定的加工精度，砂輪軸采用津上獨(dú)有的高剛性動壓軸承，導(dǎo)軌面采用平穩(wěn)性強(qiáng)、精密度高的V-平導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行高精度磨削加工，滿足此軸油封位的公差精度加工要求。

（2）加工參數(shù)。精磨工序外圓磨床設(shè)定線速度50 m/s，進(jìn)給量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，符合金屬件磨削工藝參數(shù)設(shè)定的要求，滿足圖紙要求的粗糙度和直徑公差要求;但無法達(dá)到完全消除螺旋線的目的，查工藝參數(shù)設(shè)定的相關(guān)要求，可通過光整加工進(jìn)一步提高表面粗糙度，消除螺旋線現(xiàn)象。

（3）砂輪型號。根據(jù)此軸圖紙規(guī)定材料和粗糙度要求，材料SAE8620H，粗糙度Rz2.5，考慮成本問題，精磨油封位采用陶瓷砂輪，砂輪粒度選取F60，通過查找工藝參數(shù)設(shè)定的相關(guān)要求，砂輪粒度越大，加工出的產(chǎn)品表面粗糙度越小，外圓精磨一般選取砂輪粒度在F60-F100。為獲得更高表面光潔度，消除外圓螺旋線，此軸加工可適當(dāng)提高砂輪粒度，由F60提高到F70。

（4）砂輪過程控制。為了平衡工序間的速度和后期產(chǎn)量提升，初期程序設(shè)定熱后精磨10件后修整一次砂輪，修整頻次過低，不能完全避免因磨粒變鈍造成工件表面灼傷和粗糙度過高。

3.2 對螺旋線產(chǎn)生的根本原因進(jìn)行驗(yàn)證

生產(chǎn)100根熱后待精磨的半成品軸，使用G300A-500數(shù)控外圓磨床進(jìn)行油封位精磨。

50根依據(jù)現(xiàn)有加工工藝參數(shù)進(jìn)行精磨，使用砂輪粒度為F60，過程中砂輪修整頻次10件/次，加工完后依《磨削紋測量方法》進(jìn)行檢測，全檢50根，其中有16根棉線出現(xiàn)明顯左右竄動的現(xiàn)象; 另外50根，重新制定精磨油封位工序加工參數(shù)，外圓磨床設(shè)定線速度50 m/s，進(jìn)給量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同時(shí)精磨后增加一道光磨工序，設(shè)定線速度：50 m/s，進(jìn)給量：光磨0.001 mm～0.002 mm，使用砂輪粒度為F70，過程中砂輪修整頻次6件/次，加工完后依《磨削紋測量方法》進(jìn)行檢測，全檢50根，均未出現(xiàn)棉線左右竄動的現(xiàn)象。

通過以上的根本原因分析和對比驗(yàn)證，可確定螺旋線的產(chǎn)生是因?yàn)橛头馕痪スば蛟O(shè)定加工參數(shù)不合理，未加入光磨工序;砂輪粒度選取過低，且過程中砂輪修整頻次過低導(dǎo)致螺旋線的產(chǎn)生。

4 措施制定及問題解決

（1）通過以上分析出的根本原因，制定相對應(yīng)的改善措施：

①調(diào)整油封位精磨工序加工工序參數(shù)，第一道精磨留出加工余量，精磨完成后加入光磨工序進(jìn)行油封位光磨。

調(diào)整前精磨工序加工參數(shù)：外圓磨床設(shè)定線速度50 m/s，進(jìn)給量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm。調(diào)整后精磨工序加工參數(shù)：外圓磨床設(shè)定線速度50 m/s，進(jìn)給量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同時(shí)精磨后再增加一道光磨工序，機(jī)床設(shè)定線速度：50 m/s，進(jìn)給量：光磨0.001 mm～0.002 mm。

②磨削砂輪的粒度由F60更換為F70的。

③過程控制中砂輪修整頻次由10件/次提高至6件/次。

④光磨完成后，生產(chǎn)50件依據(jù)《磨削紋測量方法》進(jìn)行抽檢3件。

調(diào)整后的精磨段工序流程圖見下表2。

（2）依據(jù)調(diào)整后的工序生產(chǎn)5件軸，生產(chǎn)完成后進(jìn)行外觀、尺寸及螺旋線檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格進(jìn)行整機(jī)裝配，完成后開始PV耐久試驗(yàn)，通過1 300 h的試驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)整機(jī)油封位出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

至此，通過以上的驗(yàn)證試驗(yàn)，完成了PV耐久試驗(yàn)油封位漏油現(xiàn)象的改善，供應(yīng)商開始進(jìn)行批量生產(chǎn)工序參數(shù)的更新和調(diào)整。

5 總結(jié)

因產(chǎn)品初期PV耐久試驗(yàn)漏油，通過指導(dǎo)供應(yīng)商進(jìn)行一步步的原因分析和驗(yàn)證，查找工序間加工參數(shù)可優(yōu)化和改善點(diǎn)，并進(jìn)行工序參數(shù)調(diào)整和生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證。通過調(diào)整后驗(yàn)證，PV耐久試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象，滿足了項(xiàng)目試驗(yàn)和整車運(yùn)行的需求。

通過此次不良的改善，為供應(yīng)商開發(fā)軸類零件的加工工藝積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，前期設(shè)計(jì)也充分認(rèn)識到整機(jī)油封配合部位，軸類零件不允許有螺旋紋，為后期產(chǎn)品的開發(fā)積累了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

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