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在檢修過(guò)程中，采用傳統(tǒng)軸箱體（整體式）的車輛需執(zhí)行抬車工序更換輪對(duì)，該過(guò)程造成了檢修工作量大、檢修周期長(zhǎng)等問(wèn)題。某車型動(dòng)車組率先采用了分體式軸箱體（見(jiàn)圖1），該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)可以省略抬車工序，直接進(jìn)行輪對(duì)更換，能夠大幅減少檢修工作量、縮短檢修周期。分體式軸箱體的螺紋孔具有材料硬度高、螺紋有效深度大等特點(diǎn)，在螺紋孔加工過(guò)程（見(jiàn)圖2）中極易出現(xiàn)亂扣、表面粗糙度高等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了分體式軸箱體的生產(chǎn)質(zhì)量與效率提升。為此，本文針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展了分體式軸箱體螺紋孔加工工藝優(yōu)化研究，達(dá)到了降低螺紋孔加工不合格率的目的。

1.分體式軸箱體螺紋孔加工工藝現(xiàn)狀

（1）分體式軸箱體材質(zhì)及螺紋孔加工方法目前，各類軸箱體的材質(zhì)見(jiàn)表1。其中，分體式軸箱體所采用的新材質(zhì)是G20Mn5+QT，該材料的熱處理方式為：先淬火，后回火。經(jīng)過(guò)熱處理，工件硬度可提高20%。數(shù)控加工設(shè)備通常采用G84（攻絲循環(huán)指令）直接完成分體式軸箱體各規(guī)格螺紋孔的加工，在加工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)螺紋孔加工異常現(xiàn)象。（2）分體式軸箱體螺紋孔加工異常處理方法當(dāng)分體式軸箱體螺紋孔加工出現(xiàn)異常后，為了避免工件報(bào)廢，需要由人工根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分情況進(jìn)行處理，具體處理方法如下：①當(dāng)螺紋孔在前工序中重要尺寸未加工時(shí)出現(xiàn)異常，工件需要返回毛坯鑄造廠家，采用擴(kuò)孔、焊補(bǔ)與熱處理后等修復(fù)措施后，重新返回班組進(jìn)行二次加工；②當(dāng)螺紋孔在重要工序完成后出現(xiàn)異常，尤其是在軸承孔精鏜后出現(xiàn)異常，工件直接進(jìn)行報(bào)廢處理。綜上所述，為了避免精鏜孔后出現(xiàn)產(chǎn)品報(bào)廢，需要在數(shù)控加工程序中增設(shè)暫停指令，提前對(duì)螺紋底孔進(jìn)行觀察判斷，該過(guò)程影響了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。（3）分體式軸箱體螺紋孔加工異常不利影響分體式軸箱體螺紋孔的加工異?，F(xiàn)象，已經(jīng)成為制約公司生產(chǎn)能力與水平提升的瓶頸，具體表現(xiàn)為：①因工件無(wú)法修復(fù)導(dǎo)致報(bào)廢，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，影響公司效益；②大量的返修工序，將造成人力與物力的極大浪費(fèi)，直接影響生產(chǎn)效率；③不合格的螺紋孔將影響轉(zhuǎn)向架的裝配質(zhì)量，存在安全隱患。

2.分體式軸箱體螺紋孔加工異常原因

（1）毛坯硬度不同根據(jù)制造工藝要求，工件毛坯在鑄造完成后，將由鑄造廠家進(jìn)行毛坯粗加工，在該過(guò)程中便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯鑄造缺陷，并對(duì)缺陷采用焊修等方法進(jìn)行處理。為了滿足公司的產(chǎn)能需求，毛坯的供貨廠家共有4家，由于各廠家所采用的鑄造及焊修工藝不同，毛坯的硬度也不同。選取毛坯樣本進(jìn)行待加工面里氏硬度測(cè)試（見(jiàn)圖3），測(cè)試結(jié)果表明各廠家毛坯硬度不同，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。（2）加工設(shè)備精度不理想根據(jù)典型數(shù)控加工過(guò)程的工藝特性，數(shù)控加工設(shè)備的精度主要分為兩類：①影響機(jī)床各主運(yùn)動(dòng)的床身、立柱、溜板、主軸箱等大部件運(yùn)動(dòng)過(guò)程的直線度、平行度與垂直度等；②影響切削運(yùn)動(dòng)的主軸自身回轉(zhuǎn)精度及直線運(yùn)動(dòng)（切削進(jìn)刀）精度等。在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)分體式軸箱體上、下箱體單體的加工設(shè)備及工序精度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明個(gè)別數(shù)控加工設(shè)備主軸存在反向間隙，屬于上述第二類設(shè)備精度影響因素。使用該類設(shè)備進(jìn)行螺紋孔加工，易出現(xiàn)螺紋孔斷牙問(wèn)題。（3）刀具性能不佳常用鉆頭的材質(zhì)一般可分為高速鋼（HSS）和硬質(zhì)合金（CARBIDE）。硬質(zhì)合金鉆頭具有硬度高、耐磨、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)良性能，但由于其本體硬而脆，使用不當(dāng)容易發(fā)生斷裂。數(shù)控加工設(shè)備主軸精度高、功率大，通常使用硬質(zhì)合金鉆頭來(lái)提高加工效率。螺旋槽絲錐具有加工效率高、精度高、排屑效果好、對(duì)中性好等特點(diǎn)，該類絲錐前部具有容屑槽結(jié)構(gòu)，通常用于通孔內(nèi)螺紋的加工。綜上所述，分體式軸箱體螺紋孔加工采用硬質(zhì)合金鉆頭與螺旋槽絲錐相配合的方式進(jìn)行。通過(guò)開(kāi)展螺紋孔加工實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了加工過(guò)程存在刀具易磨損、排屑困難等現(xiàn)象。

3.分體式軸箱體螺紋孔加工異常解決辦法

（1）提高毛坯質(zhì)量根據(jù)分體式軸箱體的制造工藝要求，箱體毛坯的里氏硬度一般為（425~489）HL。如果毛坯的硬度高，在加工過(guò)程中易產(chǎn)生較大的應(yīng)力變形，進(jìn)而導(dǎo)致精加工后工件尺寸不易控制。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)當(dāng)毛坯熱處理后的里氏硬度為（435~470）HL時(shí)，能夠獲得較好的加工效果。（2）提高加工設(shè)備精度由于加工設(shè)備存在反向間隙，導(dǎo)致加工過(guò)程設(shè)備關(guān)鍵部件的進(jìn)退位置不同，該現(xiàn)象易導(dǎo)致螺紋亂扣。開(kāi)展加工過(guò)程設(shè)備精度驅(qū)動(dòng)的參數(shù)自適應(yīng)補(bǔ)償機(jī)制研究，實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備反向間隙精確調(diào)控，進(jìn)而提高設(shè)備精度，能夠有效解決加工過(guò)程螺紋亂扣問(wèn)題。（3）優(yōu)化刀具使用①M(fèi)20螺紋孔底孔加工用鉆頭。A型快換鉆頭（見(jiàn)圖4）：使用該型刀具進(jìn)行底孔加工，刀體易磨損，鉆頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致螺紋底孔垂直度超差。攻絲后，螺紋孔一側(cè)牙型粗，另一側(cè)牙型細(xì)。該型鉆頭驗(yàn)證失敗。B型硬質(zhì)合金整體鉆頭（見(jiàn)圖5）：該型鉆頭刃帶具有淺槽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到方便冷卻潤(rùn)滑劑流動(dòng)、防止加工過(guò)程鉆頭纏屑等目的，進(jìn)一步提高鉆孔質(zhì)量。通過(guò)加工驗(yàn)證，結(jié)果表明與傳統(tǒng)鉆頭相比，使用該型刀具的加工效率提升了35%，刀具壽命提高了50%；此外，根據(jù)刀具淺槽結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)計(jì)出刀具的修磨次數(shù)，表征出刀具應(yīng)用狀態(tài)。該類鉆頭確保了底孔垂直度，提升了刀具排屑能力，實(shí)現(xiàn)了底孔的高質(zhì)、高效加工。該型鉆頭驗(yàn)證成功。②M20螺紋孔攻絲用絲錐。某種直角絲錐：該型絲錐具有TiN涂層，冷卻方式為軸向內(nèi)冷，所形成的短切屑能夠有效避免纏屑，但所加工出的螺紋表面粗糙度高，故該型絲錐驗(yàn)證失敗。某種螺旋絲錐（見(jiàn)圖6）：該型絲錐具有ACN涂層，刀具剛性好、后角較大，能夠有效降低螺紋表面粗糙度，提高攻絲質(zhì)量。但該型絲錐由于大后角易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，故該型絲錐驗(yàn)證失敗。圖6螺旋絲錐某種鍍層螺旋絲錐（見(jiàn)圖7）：該型絲錐材質(zhì)為粉末冶金高速鋼，具有TiNIN涂層，絲錐的刃部鋒利、耐磨性好、壽命長(zhǎng)，所加工出的螺紋表面粗糙度低，認(rèn)定該型絲錐驗(yàn)證成功。圖7鍍層螺旋絲錐M16螺紋孔底孔加工用鉆頭：該鉆頭所需性能同M20螺紋孔底孔加工用鉆頭，因此，選用同M20螺紋孔底孔加工用同類型鉆頭。M16螺紋孔攻絲用絲錐：M16螺紋孔加工過(guò)程螺紋擠牙、亂扣現(xiàn)象頻發(fā)，所選擇的絲錐需解決以上問(wèn)題。螺紋孔加工缺陷成因主要有以下因素。螺紋孔設(shè)計(jì)深度影響：根據(jù)內(nèi)螺紋加工原則，當(dāng)螺紋孔深度大于2倍螺紋大徑時(shí)，因排屑不暢易造成螺紋擠牙、亂扣等缺陷。分體式軸箱體M16螺紋孔有效深度為43mm，同時(shí)還需加工導(dǎo)向螺紋，即螺紋孔深度為螺紋大徑的3倍，攻絲過(guò)程難度大，易產(chǎn)生螺紋加工缺陷。螺紋孔設(shè)計(jì)位置影響：攻絲時(shí)，切屑沿絲錐排屑槽排出，因螺紋孔位于軸箱體筋板中間位置（見(jiàn)圖8），切屑碰撞筋板易纏繞絲錐，影響后續(xù)切屑排出，造成螺紋加工缺陷。圖8螺紋孔位置M16螺紋孔攻絲用絲錐驗(yàn)證：針對(duì)上述螺紋孔加工缺陷成因分析，先后驗(yàn)證了4種類型的M16絲錐，最終刃帶設(shè)計(jì)淺槽結(jié)構(gòu)的絲錐（見(jiàn)圖9）驗(yàn)證成功，該絲錐攻絲過(guò)程所形成的切屑呈片狀（見(jiàn)圖10），有效解決了螺紋加工缺陷。

4.分體式軸箱體螺紋孔加工新工藝應(yīng)用效果

（1）工藝優(yōu)化后的產(chǎn)品質(zhì)量據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2020年4月至2020年9月的生產(chǎn)周期內(nèi)，共生產(chǎn)了4800件分體式軸箱體。其中，螺紋孔一次加工不合格產(chǎn)品為9件，一次加工不合格率僅為0.19%，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖11所示。（2）工藝優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)效益分體式軸箱體螺紋孔加工新工藝得到應(yīng)用，生產(chǎn)效率與產(chǎn)能得到了顯著提升，攻克了分體式軸箱體生產(chǎn)技術(shù)瓶頸。據(jù)測(cè)算，新工藝的實(shí)施具有如下經(jīng)濟(jì)效益：①生產(chǎn)成本：按照2020年產(chǎn)量，每月報(bào)廢件將減少18件，除去毛坯因素，降低成本約8萬(wàn)元/月；②減少刀具損耗：選用工藝優(yōu)化后的鉆頭、絲錐，刀具耐用度提高，可節(jié)約輔助工時(shí)32小時(shí)/月。（3）工藝優(yōu)化后的社會(huì)效益通過(guò)此次工藝優(yōu)化，在攻克了分體式軸箱體螺紋孔加工難題的同時(shí)，有效解決了生產(chǎn)過(guò)程新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)數(shù)據(jù)積累與經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知不足的問(wèn)題。這次工藝優(yōu)化與應(yīng)用是生產(chǎn)過(guò)程“創(chuàng)新提質(zhì)”的經(jīng)典案例，具有十分重要的指導(dǎo)意義。

5.結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)分體式軸箱體螺紋孔加工工藝現(xiàn)狀與需求分析，分別提出了提高毛坯質(zhì)量、提高加工設(shè)備精度與優(yōu)化鉆頭、絲錐使用的三點(diǎn)工藝優(yōu)化措施。通過(guò)新工藝的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了分體式軸箱體螺紋孔的高質(zhì)、高效加工，顯著提升了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)為分體式軸箱體其他部位螺紋孔加工過(guò)程的工藝優(yōu)化提供了借鑒。

作者：管益輝 張一然 劉萬(wàn) 王濤 王寶林 單位：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司