提升变速器中壳体轴承安装孔加工质量

赵文波 崔桐 殷明伟 宋玉铃 齐长海 李宏举

1、目的及目标

随着国家汽车产品结构的调整、排放及柴改汽等相关新法规的不断出台，微型汽车的市场竞争日趋激烈，国内各微型汽车企业都加强了大扭矩新产品新车型的开发。东安动力作为大型国有上市企业，发扬长征精神，秉承奋斗者文化，加快新一代全新高质量产品的开发、制造，中壳体作为变速核心件之一，主要为各轴、齿轮提供定位、支撑、润滑等作用，其中，01轴轴承孔、02轴轴承孔分别为中间轴、输出轴定位基准，为重要尺寸，精度要求高，孔径公差为0.013mm，孔的粗糙度为Ra1.6，圆度为0.008。然而，现场加工时经常出现圆度大，覆盖公差的1/2以上，导致不合格品增加，不利于质量控制，存在一定质量风险，为了保证变速器质量，现场采用100%测量的手段，确保不合格产品不流入装配线，进而影响整机的事物质量。

2、统计分析

从2021年3月初，QC小组对轴承孔的孔径、圆度进行工段统计，连续10天，每天连续5件，取5件平均，对收集的数据进行统计。可以看出01轴孔径最大圆度为0.0083，平均为0.0063，超出公差要求;02轴孔径最大圆度为0.0072，平均为0.0059，处于极限状态。

3、原因分析

1、毛坯因素：中壳体材为压铸铝合金材料（ADC 12 JIS H 5302）。其中Si含量≤12%，Cu含量≤3.5%。零件硬度：HB≥90。轴承孔的加工余量为半径方向1.0mm;孔单边加工余量约为1.0mm;同时，轴承孔有两处特殊结构：01轴承孔圆周上有宽度为14mm的油槽，该结构导致01轴承孔为不连续切削，每当刀具处于油槽区域时，刀具出现偏刀现象，导致圆度增大。01轴承孔和02轴承孔交汇区最小壁厚为0.35mm，壁厚薄变形量大，导致轴承孔圆度增大。

2、工艺设计方面：轴承轴孔采用先粗加工后精加工的工艺设计，粗加工去除75%余量，精加工进行修形，为了保证节拍均衡。将粗、精加工排布在不同工序，为此，两次装夹粗，定位存在一偏差，对轴承孔加工质量带来一定影响。

3、刀具方面：01轴承孔和02轴承孔加工刀具实物图，该刀具为复合单刃精镗刀，采用金刚石刀片，微调单元的调整精度为0.002mm。轴承结构图，当切削刃在即将进入或者离开A区时，刀尖切削状态发生突变（进入A区域时应力变为0，离开A区域时瞬间产生切削应力），突变导致刀尖产生一定变形，导致尺寸变化;同理，刀具在B区域时由于交汇区壁薄，导致切削应力集中，变形量增加，进而导致轴承孔孔径波动、圆度增大。

4、冷却液方面：加工过程中孔壁受到的热量及刀具产生的热量出现不均衡时，其孔壁受热的扩张量也不一样，由于设备漏油，冷却液冷却、清洗效果不佳，导致加工孔孔壁受热也会不一样，易导致加工孔质量差。

4、解决措施

结合上述两个主要原因，采用头脑风暴法制定相应的措施，具体如下。

1、优化刀具结构：优化后的刀具结构，该结构采用导条+調整法兰式结构镗刀，8个导条和1个切削刃成40度均布，当刀尖1位于A区域时，导条2-8在圆周可以提供径向支撑力，平衡切削应力，改善偏刀问题，同理刀尖1位于圆周的任意位置，导条均匀提供支撑力，解决圆度差等问题。同时，该刀具引进调整法兰结构，调整螺钉共计4个成90度均布，通过调整4个方向螺钉可以修正刀具跳动，可控制在0.01mm以内，提供稳定切削力，改善轴承孔的圆度。

2、设备修复：通过年度大修项目更换全新的电主轴，修复主轴的圆跳动和直线度，经过反复验证后，主轴旋转圆跳动控制在0.005mm以内，直线度为0.008mm以内，保证良好的主轴切削精度，保证主轴与刀具具有良好的同轴度，在高速切削时，提供高效稳定的切削应力。

3、优化工艺方案：将轴承孔的粗精加工工序调整为同一工序，避免二次装夹带来的位置差异及余量发布不均问题，有效改善切削不均匀问题。

4、冷却液：通过查找和修复机床漏油、漏液等三漏问题，改善切削液性能;同时，更换切削液，每周对切削液的浓度和pH值进行监控，通过加水或加液等措施，将加工介质控制在合理的浓度范围，保证良好的清洗、冷却等功能，提供良好的加工环境。从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。

5、实施效果

1、按照计划进行现场试验，今年5月25日完成调试，首件尺寸良好，检测20件工件，孔径分布在中差，圆度100%合格;按照前期的方式连续10天，每天连续5件，对收集的数据进行统计（表3），01轴承孔孔径在0.0076左右，圆度控制0.003以内，02轴承孔孔径在0.0177左右，圆度控制0.003以内，占比公差的1/2以内，合格率100%。

2、连抽测10天、每天10件的工件，运用Minitab对01轴孔径、02轴孔径过程能力进行分析，分别为01轴承孔、02轴承孔过程能力报告，它们的过程能力指数Ppk分别为2.13、3.73，满足大于1.67的要求，具备较强的过程保证能力。

3、质量确认：QC小组持续跟踪验证，截止目前为止，已累计加工中机匣5万件。轴承孔孔径100%合格，圆度100%合格，且控制在0.004以内，效果显著，达到预期的目标。

4、节约成本：优化后刀具寿命由3200件提高到8000件，优化前刀具单价为2655元，单件刀具成本为0.83元，优化后刀具单件为4126元，单件刀具成本为0.52，节省0.31元，截止目前为止，已累计加工中机匣5万件，节约刀具成本1.55万元;同时，合格率从75%提升到100%，单件原料和机加费用约为115元，按生产5万件，节约成本5X115X25%=143.75万。

参考文献

[1]王超，张丽娜，郝强.转盘轴承螺栓安装孔有限元分析[J].现代机械，2015（06）：44-46.

[2]王建华，邱光涛.主轴轴承安装孔硬钻工艺优化[J].金属加工（冷加工），2013（22）：50-51.

[3]张亚平，高聪颖，李云峰，李媛媛，王艳.转盘轴承安装孔位置的判定[J].轴承，2013（05）：53-54.