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机车异形薄壁件加工工艺

2016

12/15 17:18:18
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抱轴箱是机车转向架中一个重要的零部件,其主要作用是使驱动电动机在车轴上与齿轮更好地啮合,确保运行平稳。现阶段,在机车设计中,转向架部分空间通常非常紧凑,这就使抱轴箱注定成为薄壁异形件。抱轴箱整体加工质量的好坏将直接影响机车的行车安全。
1. 抱轴箱的加工现状
以DF8B机车抱轴箱为例,箱体绝大部分非加工尺寸不超过15mm;两端轴承安装位置为整圆,中间部位为安装驱动电动机而将其设计为非整圆,通过螺栓将电动机安装在中间平面上。
由于结构复杂,抱轴箱材料采用韧性好的C级铸钢,采用常规机加工方式,基本加工工序为:毛坯浇铸→清理→退火→清砂→喷丸→划线→粗加工→焊补→半精加工→精加工→探伤→交检。
2. 加工难点分析
该产品RAM分析中,一级故障率为两端轴承孔尺寸及形位公差,该因素将直接影响到轴承的安装,整体影响车轴的使用性,如出现问题,将直接造成轴承失效,危及行车安全。
(1)抱轴箱铸造质量要求:该抱轴箱的材料为C级钢,其控制难点在于铸造质量及后续缺陷处理后对加工尺寸及形位尺寸的影响。
(2)抱轴箱主要尺寸和形位公差精度要求:两端轴承孔孔径尺寸分别为φ344+0.057 +0mm、φ360-0.041 -0.098mm。两端轴承孔同轴度为0.04mm,轴承孔由于直接装配轴承,其圆柱度要求为0.015mm,尺寸公差为0.057mm。
3. 工艺改进措施
为确保产品质量,及时发现铸造缺陷,特意在粗加工工序后,安排对电动机面内部及两轴承孔端面增加超声波探伤检测,避免半精加工后出现重大的铸造缺陷。通过多批次检验,发现存在几个明显的问题:由于铸件毛坯问题,尽管在粗加工后采取了补焊处理,但在后续加工过程中仍然存在较多缺陷、裂纹。尤其是两端轴承孔内,在精加工孔口经常会出现较大的疏松,夹砂、砂眼及裂纹等缺陷,由于本身留量不大,对后续处理难度加大。而且由于该产品属于异形薄壁件,中间又是半圆结构,多次补焊后又没有回火的条件,焊接应力及加工应力不能及时消除,因此加工完后孔变形较大。尽管在加工时检测合格,但在产品由工装上松开后,再次检测时尺寸差异大,不能满足图样要求。针对上述问题,逐一分析并采取改进措施。
(1)改进铸造工艺,降低铸造缺陷。众所周知,越靠近浇冒口缺陷越多。现有铸造工艺浇冒口在两端轴承孔附近,加工后此部位出现缺陷的情况比较普遍,且不好处理,因此将原来在轴承孔内浇冒口位置改为在电动机面上浇冒口,而且电动机面上加工量可以适当增加,给后续缺陷处置留有余量,可以保证粗加工后多次处理并回火。
(2)精加工前增加工序,消除内应力。精加工前增加工序为探伤、焊补、退火和喷丸。具体做法为:在毛坯粗加工时,将所有加工面加工成形,按正常留量尺寸,放量1mm。粗加工完后,对所有加工面、非加工面进行全面检查;非加工面重点是外观检查,对于缺料、缺陷及时标注出来,避免后续不再处理后影响整体质量;对加工面进行磁粉探伤,找出所有裂纹、疏松,明显的砂眼、夹砂等,将所有缺陷标注清晰;然后对所有加工面、非加工面缺陷统一处理,处理方法为采用专用焊条进行保温焊接,将所有缺陷、裂纹全部消除;打磨后再次探伤确认;无裂纹后再采用高温退火,消除所有加工、焊接应力,避免在后续加工后再陆续释放应力,造成产品加工尺寸不稳定。
通过工艺调整,取得的改进效果有:在后续加工过程中,毛坯二次失效后加工性能得到极大的提高;由于对铸件原有缺陷提前预防和多次处理,在后续加工中不再出现焊接硬点、夹砂、砂眼等,以及刀具异常磨损、崩刃等影响产品尺寸及外观质量的问题。同时,由于回火彻底,所以加工后尺寸变化较小。通过2台份12件产品跟踪检测,其加工尺寸变化均在0.01mm以内,说明工艺改进基本解决了变形、缺料、刀具异常磨损或崩刃等影响产品质量的问题,改进有效。
4. 后续再改进
后续精镗孔工序中,在加工后工件未松开前都要进行检测,若尺寸未到位要及时进行刀具修正后进行插补。但是有几次均出现了在松开工件前检测,尺寸椭圆度均保证在0.01mm以内,但一旦松开夹具再进行检测时,却发现前后存在较大的差异,有时甚至还出现尺寸超差的现象。
前期对毛坯及缺陷的处理方案经过验证比较有效和可行,对精镗中出现的问题就只能在机械加工方式方法上查找原因。粗加工时的几道工序对后续没有影响,如精铣电动机面孔、钻螺栓孔等,均在精加工轴承孔前都已经加工到位,并且在精加工轴承孔时还要利用电动机面及螺栓孔,作为定位及压紧工件用。
可以看出,电动机面与工装面对面贴合,加工前须对抱轴箱压紧,抱轴箱反面螺孔同时兼作压紧用。由于贴合面比较长,针对加工后测量合格、夹紧松开后出现尺寸变动的情况,分析可能有以下原因:①由于每个工人习惯不一样,对压紧力把握不同。②把紧4个螺栓时先后顺序不一致,各部位受力不均,易导致加工后变形大。
改进方案为:将工装与工件接触面积减小,只在4个螺栓压紧部位留量,让压紧部位有足够支撑;对工装进行修改,即抱轴箱与工装只在螺栓压紧部位保留接触,其余部位加工去除0.5~1.0mm。改进后,经多次检测,完全满足设计要求。
机车异形薄壁件加工工艺
关键词:机车异形薄壁件加工
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