增加大直径镗轴使用高硬度层

1、增加大直径镗轴的增加大直径镗轴的 使用高硬度层使用高硬度层昆明机床加工事业部昆明机床加工事业部轴杂车间热处理轴杂车间热处理QCQC小组小组20152015年年1 1月月一、小组概况一、小组概况注册编号注册编号 20140501注册单位注册单位热处理热处理 课题名称课题名称 提高镗轴硬度梯度小组名称小组名称 沈机集团昆明机床股份公司加工事业部轴杂车间热处理沈机集团昆明机床股份公司加工事业部轴杂车间热处理QC小组小组 小组类型小组类型 现场型现场型 活动时间活动时间 2013.92014.12活动次数活动次数 6次次序序号号组员组员姓名姓名 性别性别 文化文化程度程度 职务职务 技术等级技术等级

2、组内分工组内分工 1隋云飞隋云飞男男大专大专车间主任车间主任技技 师师统一协调统一协调2樊思华樊思华男男 本科本科 技术员技术员 高工高工策划及活动组织、工艺负责策划及活动组织、工艺负责 、现、现场跟踪、数据统计及资料编写场跟踪、数据统计及资料编写3李李 靖靖女女大专大专 技术员技术员工程师工程师工装设计、制作工装设计、制作4陶陶 敏敏男男中技中技施工员施工员技师技师质量问题处理、统计质量问题处理、统计5全全 超超男男大专大专操作工操作工助工助工氮化操作氮化操作6李李 祥祥男男中技中技操作工操作工技师技师氮化操作氮化操作7麻领江麻领江男男中技中技操作工操作工技师技师氮化操作氮化操作镗轴出现拉毛

3、20132013年年9 9月月2525日，宝鼎重工日，宝鼎重工TK6916ATK6916A，编号为，编号为MLD-3001-057-1012-3#MLD-3001-057-1012-3#的镗轴拉毛，报废。的镗轴拉毛，报废。处理结果：更换镗轴。处理结果：更换镗轴。20142014年年1 1月月7 7日在装配现场发现，日在装配现场发现，TK6922J-TK6922J-320104600-1212-1#320104600-1212-1#镗轴拉毛。处理结果：镗轴拉毛。处理结果：更换镗轴。更换镗轴。20132013年年1010月月1414日，在装配发现日，在装配发现TK6920J-13-1TK6920J

4、-13-1无锡双象无锡双象13002#13002#机镗轴拉毛。处理结果：更机镗轴拉毛。处理结果：更换镗轴。换镗轴。二、选题理由二、选题理由术语介绍术语介绍1 11000HV1000HV1010氮化硬度随渗层深度的增加呈梯度下降渗层深度/mm氮化硬度/HV基体220HV270HV渗氮层深度渗氮层深度【渗氮层深度渗氮层深度】：镗轴为氮化处理件，镗轴的氮化层深度为，从镗轴试样表面测至比基体维氏硬度高50HV的垂直距离。即从表面测至约270HV处的垂直距离。三、现状调查三、现状调查单边约单边约0.5mm 0.5mm 900HV900HV270HV270HV深度/mm硬度 /HV900HV900HV10

5、10【氮化高硬度层氮化高硬度层】：镗轴表面氮化层的硬度从表面到心部呈梯度下降，当硬度下降至900HV（图纸要求硬度）的深度为氮化高硬度层。术语介绍术语介绍2 2氮化高硬度层氮化高硬度层D D渗氮层总深度渗氮层总深度基体基体2 22 20HV0HV2 27 70HV0HV氮化硬度随渗层深度的增加呈梯度下降，下降至900HV这一层总渗层总渗层0.5mm 0.5mm 高硬度层单边高硬度层单边0.08mm 0.08mm 深度/mm硬度 /HV900HV900HV1010术语介绍术语介绍3 3氮化高硬度层氮化高硬度层D D【使用高硬度层使用高硬度层】：镗轴氮化表面经过机加工磨削、研、抛光处理后使用，机加

6、工过程会使氮化层减薄，使用时镗轴仍然保留的900HV的深度为使用高硬度层。使用高硬度层使用高硬度层S S被加工去的被加工去的Q Q保留使用的保留使用的S S渗氮层总深度渗氮层总深度基体基体2 22 20HV0HV2 27 70HV0HV磨去的高硬度层磨去的高硬度层保留的高硬度层保留的高硬度层0.08mm 0.08mm 2013年全年加工的大直径镗轴件号名称加工件数（件）问题件数（件）MLD-3101-039镗轴5TK6920J-320104600镗轴11TK6922-320108900镗轴21MLD-3001B-021B镗轴3MLD-3001-057（TK6916A）镗轴71MLD-3001-

7、057镗轴7MLD-3101-039镗轴5TKS6916-3602-031镗轴1TK6920J-J20300104600主轴1TK6926-J26300105800主轴2MLD-3001B-021B镗轴3MLD-3001B-021B镗轴1合计383现状现状调查调查1 1拉毛镗轴加工件数与问题件数统计问题件数问题件数百分比百分比%9 . 7383现状现状调查调查2 2拉毛镗轴氮化层理化分析现状镗轴型号镗轴型号拉毛处实测硬度拉毛处实测硬度随炉试样最浅氮随炉试样最浅氮化层深度（化层深度（mm ）TK6916A858946HV100.629mm TK6920J920HV100.595mm TK6922

8、J974HV100.615mm 图纸要求图纸要求900HV100.5mm结论结论合格合格合格合格项目1012-3#件1氮化试样报告（表面硬度HV）氮化后实物硬度报告编号2011-200# 氮化后实物硬度（HV）头1018、1033；中1003、1003；尾1018、1003；41#103942#103143#99744#97245#970氮化后实物硬度最低氮化后实物硬度最低1003HV1003HV拉毛时实物硬度最低拉毛时实物硬度最低858HV858HV硬度相差硬度相差1003-858=145HV1003-858=145HV氮化后外圆尺寸氮化后外圆尺寸160.13160.13氮化后外圆尺寸氮化后

9、外圆尺寸159.89159.89尺寸相差尺寸相差160.13-159.89=0.24160.13-159.89=0.24氮化高硬度层氮化高硬度层现状现状调查调查3 3拉毛镗轴氮化随炉试样的氮化高硬度层拉毛镗轴拉毛镗轴随炉试样氮化高硬度层随炉试样氮化高硬度层（mm mm ）TK6916ATK6916A0.1420.142TK6920JTK6920J0.1420.142TK6922JTK6922J0.150.15渗氮层总深度渗氮层总深度镗轴型号氮化前加工记录尺寸（mm)氮化后尺寸（mm)入库尺寸（mm)实际最少单边磨削量（mm)氮化随炉氮化随炉试样的氮试样的氮化高硬度化高硬度层层（mm)拉毛镗轴使

10、用高硬度层（mm)TK6916A160.08160.13-0.1070.1190.1420.023TK6920J200.08200.13-0.150.140.1420.002TK6922J225.10225.15-0.100.1250.150.025现状调查4 4拉毛镗轴的使用高硬度层拉毛镗轴的使用高硬度层拉毛镗轴的使用高硬度层氮化高硬度层氮化高硬度层深度/mm硬度 /HV900HV900HV1010使用高硬度层使用高硬度层深度/mm硬度 /HV900HV900HV10100.020.02使用高硬度层使用高硬度层0.050.05活动前活动前活动后活动后四、课题目标四、课题目标1 1S=0.02

11、S=0.02S=0.05S=0.05活动前活动前活动后活动后四、课题目标四、课题目标2 2问题件数百分比问题件数百分比7.9%7.9%1%1%问题件数百分比问题件数百分比五、原因分析五、原因分析深度/mm硬度 /HV900HV900HV1010氮化高硬度层氮化高硬度层使用高硬度层使用高硬度层被加工去的高硬度层被加工去的高硬度层保留使用的高硬度层保留使用的高硬度层渗氮层总深度渗氮层总深度基体基体2 22 20HV0HV2 27 70HV0HV原因分析系统图原因分析系统图六、要因确认六、要因确认末端因素末端因素确认内容确认内容标准标准确认方确认方法法地点地点负责人负责人氮化渗层浅确认氮化渗层深度图

12、纸要求0.5mm 检验试样测定理化室樊思华氮化表面硬度低确认氮化表面硬度图纸要求900HV检验实物测定热处理现场陈建东氮化高硬度层浅确认氮化大于900HV的高硬度层深氮化后大于900HV的高硬度层0.08mm 检验试样测定热处理现场樊思华氮化试样的高硬度层与零件存在差异试样与实物氮化后大于900HV的渗层对比试样与实物一致试验确定热处理现场樊思华六、要因确认（续）六、要因确认（续）末端因素末端因素确认内容确认内容标准标准确认确认方法方法地点地点负责人负责人零件外圆尺寸公差大外圆尺寸公差公差与配合相对应图样查阅机加工工具室全超有拉毛碰伤零件表面有无碰伤缺陷表面应无拉毛碰伤现场检查热处理现场全超放

13、磨量未考虑氮化长大量是否考虑氮化长大量放磨余量应考虑氮化变形现场实测热处理现场骆绍云未确定氮化后最佳加工量有无氮化后最佳加工量标准无资料查阅机加工工具室樊思华氮化渗层浅确认确认1 1要求渗层要求渗层0.5mm 0.5mm 随炉试样渗层随炉试样渗层0.593mm 0.593mm 氮化表面硬度低确认确认2 2要求表面硬度要求表面硬度氮化后氮化后900HV900HV氮 化 后 实 测氮 化 后 实 测974HV974HV氮化高硬度层浅确认确认3 3要求氮化高硬度层要求氮化高硬度层：无要求：无要求资料介绍氮化高资料介绍氮化高硬度层硬度层0.08mm 0.08mm 拉毛镗轴拉毛镗轴随炉试样氮化高随炉试样

14、氮化高硬度层（硬度层（mm mm ）TK6916ATK6916A0.1420.142TK6920JTK6920J0.1420.142TK6922JTK6922J0.150.15试样与实物氮化高硬度层存在差异试样与实物氮化高硬度层存在差异确认确认4 4镗轴型号氮化随炉氮化随炉试样的氮试样的氮化高硬度化高硬度层层（mm)单边磨削量（mm)剩余高硬度层（mm)TK6916A0.1420.1190.023实测表面硬度实测表面硬度使用时使用时858HV858HV厂家厂家镗轴外圆公差镗轴外圆公差武重1300.01汉川130德国1300.005道斯1300012. 0图纸外圆尺寸公差大确认确认5 5007.

15、 0012. 0我公司的镗轴外圆公差85h990h9 110h9130h9160h9200h9225h9 260h90087. 001.001 . 00115. 00115. 0013. 00087. 00087.0有拉毛碰伤确认确认6 6放磨量未考虑氮化长大量确认确认7 7序序号号产品件号产品件号氮化前氮化前尺寸（尺寸（mm）1TX68-27170A85.06 2TX619T-20170T90.063TX6111C-3001-025110.074TX6113C-31-022130.075MBT-3001-012130.126MLD-3001-057160.127MLD-3101-039200

16、.128MLD-3201-089225.129TK6926-3002-036260.15002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0MLD-3101-039镗轴氮化前后镗轴氮化前后200外圆尺寸外圆尺寸变化情况变化情况氮化前氮化后编号头部尾部头部尾部145-5#+0.06+0.06+0.10+0.11145-4#+0.08+0.08+0.13+0.12145-1#+0.05+0.06+0.09+0.09145-11#+0.07+0.06+0.10+0.09145-2#+0.07+0.08+0.12+0.135145-3#+0.08

17、+0.09+0.14+0.145氮化后外圆平均长大量为氮化后外圆平均长大量为0.050.05未确定氮化后最佳加工量确认确认8 8序号产品件号氮化前尺寸（mm）入库前零件尺寸（mm）单边加工量（mm）1TX68-27170A85.06 85h9 ( )0.0150.0732TX619T-20170T90.0690h9 ( )0.0150.0733TX6111C-3001-025110.07110h9 ( )0.0250.0784TX6113C-31-022130.07130h9 ( )0.0250.0855MBT-3001-012130.12130h9 ( )0.050.116MLD-3001-

18、057160.12160h9 ( )0.050.117MLD-3101-039200.12200h9 ( )0.050.1178MLD-3201-089225.12225h9 ( )0.050.1179TK6926-3002-036260.15260h9 ( )0.0750.14不不断断增增大大002. 0002. 0002. 00087.0013.00115.00115.001.001.001.00087.00087.0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0002. 0序序号号要因要因对策对策目标目标措施措施负责人负责人1试样与实物氮化高硬度层存在差异确定是否有差异，若

19、有则确定差异量按实物零件的高硬度层进行后续加工1、试验摸索试样与实物的差异；樊思华2图纸外圆尺寸公差大修改图纸避免磨去高硬度层修改图纸焉郜3有拉毛碰伤减少拉毛碰伤减少因拉毛碰伤而磨去高硬度层1、制作镗轴转运用专用工装；2、对转运人员进行培训隋云飞、黄东昆4放磨量未考虑氮化长大量减少放磨余量保证零件既能磨光有尽量少的磨去高硬度层1、摸索统计氮化长大量樊思华、骆绍云5未确定氮化后最佳加工量确定最佳加工量修改放工艺磨余量焉郜七、制定对策七、制定对策试验摸索试样与实物的差异实施实施1 11.11.1、试样高硬度层的对比、试样高硬度层的对比0.18mm 0.15mm 0.06mm 从上图可以看出，氮化保

20、温时间从从上图可以看出，氮化保温时间从3030小时增加到小时增加到5555小时，氮化高硬度层由小时，氮化高硬度层由0.060.06增加到增加到0.150.15，而氮，而氮化时间从化时间从5555小时增加到小时增加到7575小时，氮化高硬度层仅小时，氮化高硬度层仅由由0.150.15增加到增加到0.180.18。八、实施对策八、实施对策试验摸索试样与实物的差异试验摸索试样与实物的差异实施实施1 11.11.1、试样高硬度层的对比、试样高硬度层的对比0.18mm 0.15mm 0.06mm 从上图可以看出，氮化保温时间从从上图可以看出，氮化保温时间从3030小时增加到小时增加到5555小时，氮化高

21、硬度层由小时，氮化高硬度层由0.060.06增加到增加到0.150.15，而氮，而氮化时间从化时间从5555小时增加到小时增加到7575小时，氮化高硬度层仅小时，氮化高硬度层仅由由0.150.15增加到增加到0.180.18。试验件：试验件：材质：材质：38CrMoAl38CrMoAl，尺寸，尺寸200200350350；试验方法：与试样、实物同炉装炉氮化，氮化时间试验方法：与试样、实物同炉装炉氮化，氮化时间7575小时。小时。氮化后对试样进行硬度梯度检验，对试验件磨为阶梯轴进行氮化后对试样进行硬度梯度检验，对试验件磨为阶梯轴进行硬度梯度检验。硬度梯度检验。1.21.2、试样与试验件高硬度层的

22、对比、试样与试验件高硬度层的对比MLD-1001-011MLD-1001-011镗轴试验件实物硬度梯镗轴试验件实物硬度梯度试验结果记录表度试验结果记录表1#3#1#3#氮化炉底部氮化炉底部尺寸尺寸1#1#氮化前尺寸氮化前尺寸200200+0.08+0.081#1#氮化后尺寸氮化后尺寸200200+0.10+0.10磨为阶梯轴检验硬度磨为阶梯轴检验硬度HV10HV10200200+0.05+0.0510331033、1064106420020010181018、10031003200200-0.05-0.0510031003、10331033200200-0.10-0.10960960、9609

23、60200200-0.15-0.15894894、882882200200-0.20-0.20813813、858858200200-0.30-0.30772772、743743200200-0.40-0.40690690、657657200200-0.50-0.50579579、579579200200-0.60-0.60530530、525525200200-0.70-0.70351351、357357200200-0.80-0.80370370、266266199199276276、276276199199-0.20-0.20266266、266266距离表面深度距离表面深度(mm) (

24、mm) 0.0250.025103710370.050.05101810180.0750.0751007 1007 0.10.19679670.1250.1258888880.150.15838 838 0.20.27397390.250.25669 669 0.30.35825820.350.35525 525 0.40.43663660.550.552772770.650.65268268试验件硬度梯度检验结果试验件硬度梯度检验结果试验件与试样硬度梯度检验结果对比试验件与试样硬度梯度检验结果对比试样：试样：0.18mm 0.18mm 试验件：试验件：0.12mm 0.12mm 结论：氮化后

25、结论：氮化后900HV900HV的高硬度层，的高硬度层，实物比试样浅。实物比试样浅。0.120.120.18=67%0.18=67%依据试验结果采取的措施依据试验结果采取的措施1 1：直径相差大的镗轴不混装：直径相差大的镗轴不混装直径直径8590110 130 160 200 225 2608585909090110 110 110 110130 130 130 130 130160160 160 160 160 160 160 160200200 200 200 200 200 200225225 225 225 225 225260260 260 260 260由于之前将第一阶段设定为由于

26、之前将第一阶段设定为30小时未能得到更好的效果，小时未能得到更好的效果，因此我们将第一阶段延长至因此我们将第一阶段延长至35小时，得到的结果如下表所示：小时，得到的结果如下表所示：依据试验结果采取的措施依据试验结果采取的措施2 2：优化氮化工艺过程：优化氮化工艺过程保温时间保温时间/层深层深 分段分段统计统计35h渗层深度渗层深度/mm0.280.250.290.330.350.300.280.290.290.280.25-0.32900HV10层深层深0.100.100.120.100.110.110.110.130.150.130.08-0.1255h渗层深度渗层深度/mm0.450.35

27、0.410.450.440.440.420.390.400.420.35-0.45900HV10层深层深0.150.140.160.140.160.130.140.100.140.140.10-0.1675h渗层深度渗层深度/mm0.500.550.540.610.530.570.660.480.570.590.48-0.61900HV10层深层深0.170.170.190.210.180.160.150.160.150.180.15-0.18通过试验可以看到，将第一阶段时间延长至通过试验可以看到，将第一阶段时间延长至3535小时之后，最终试样小时之后，最终试样900 HV10900 HV10

28、层深层深0.18mm0.18mm，达到了我们的要求。但从第一阶段的渗层深，达到了我们的要求。但从第一阶段的渗层深度来看，并没有较大的增加，如果再延长时间的话，反而无谓的提高成度来看，并没有较大的增加，如果再延长时间的话，反而无谓的提高成本。因此，将第一阶段的工艺时间确定为本。因此，将第一阶段的工艺时间确定为3535小时是合理的。小时是合理的。保温保温3535小时总层深：小时总层深：0.240.240.28mm0.28mm依据试验结果采取的措施依据试验结果采取的措施3 3：控制氮化过程中抽试样的渗层下限：控制氮化过程中抽试样的渗层下限直径直径最浅渗层（最浅渗层（mm )850.44900.451

29、10 0.48130 0.51160 0.55200 0.58225 0.61260 0.64三项措施实施的效果：试样氮化后三项措施实施的效果：试样氮化后900HV900HV的高硬度层由的高硬度层由0.140.14增加到增加到0.18mm0.18mm，实物氮化后，实物氮化后900HV900HV的高硬的高硬度层由度层由0.080.08增加到增加到0.12mm0.12mm。图纸外圆尺寸公差大实施实施2 2修改图纸外圆公差照片修改图纸外圆公差照片修改图纸到达的效果：修改图纸到达的效果：200h9 200h9 （ ）改为）改为2002000115. 0003. 0氮化后单边允许最大磨量减少氮化后单边允

30、许最大磨量减少0.040.04，单边平均磨削量减少，单边平均磨削量减少0.020.02有拉毛碰伤实施实施3 3改进转运工装的效果：有效的减少表面损伤，避免因存在表面损改进转运工装的效果：有效的减少表面损伤，避免因存在表面损伤，需磨光损伤部位，磨去的量大。改进后有效减少磨削量。伤，需磨光损伤部位，磨去的量大。改进后有效减少磨削量。放磨量未考虑氮化长大量实施实施4 4记录氮化零件尺寸照片记录氮化零件尺寸照片摸索氮化前后零件长大摸索氮化前后零件长大尺寸的记录照片尺寸的记录照片修改工艺照片修改工艺照片修改图纸到达的效果：氮化前修改图纸到达的效果：氮化前200.12200.12改为至改为至200.082

31、00.08， 减少磨削量减少磨削量0.040.04，单边减少，单边减少0.020.02未确定氮化后最佳加工量实施实施5 5GB/T-11354-2005标准。渗氮层中氮化物级别图（4%硝酸乙醇溶液侵蚀）500白亮层气体氮化后零件表面的氮化层结构见下图，零件表层有气体氮化后零件表面的氮化层结构见下图，零件表层有0.020.05mm0.020.05mm的的相，俗称白亮层，白亮是硬度极高、脆相，俗称白亮层，白亮是硬度极高、脆性极大的相，在氮化后的加工及使用过程中极易脱落，对性极大的相，在氮化后的加工及使用过程中极易脱落，对于镗轴而言，必须将白亮层磨去，否则容易出现黑点。于镗轴而言，必须将白亮层磨去，

32、否则容易出现黑点。如何确定氮化后最佳加工量？如何确定氮化后最佳加工量？从以上原则得出：氮化后最佳加工量为单边从以上原则得出：氮化后最佳加工量为单边0.050.050.070.07，氮化后高硬，氮化后高硬度层度层0.120.12，最大加工量，最大加工量0.070.07，能满足使用高硬度层不小于，能满足使用高硬度层不小于0.050.05的要求的要求序序号号产品件号产品件号单边加工量单边加工量（mm）1TX68-27170A0.0350.0932TX619T-20170T0.0350.0933TX6111C-3001-0250.050.1035MBT-3001-0120.0750.1356MLD-3

33、001-0570.0750.1357MLD-3101-0390.080.1378MLD-3201-0890.080.1379TK6926-3002-0360.10.175序序号号产品件号产品件号单边加工量单边加工量（mm）1TX68-27170A0.050.072TX619T-20170T3TX6111C-3001-0255MBT-3001-0126MLD-3001-0577MLD-3101-0398MLD-3201-0899TK6926-3002-036活动前活动前活动后活动后确定氮化后最佳加工量到达的效果：确定氮化后最佳加工量到达的效果：氮化后单边磨削量由氮化后单边磨削量由0.030.17不等，不等，统一为统一为0.050.07深度深度/mm/mm硬硬度度 / /HVHV900HV900HV0.20.2使用高硬度层使用高硬度层深度深度/mm/mm硬硬度度 / /HVHV900HV900HV0.20.20.020.02使用高硬度层使用高硬度层0.050.05活动前活动前活动后活动后九、效果检查九、效果检查问题件数问题件数百分比百分比%03602014年活动期间加工的大直径镗轴件号名称加工件数（件）问题件数（件）TK6926-J