一种轮边支承轴的高效加工工艺

基于湿式驱动桥轮边支承轴原有的加工方法，从支承轴的热处理工艺要求、结构、加工工艺特点进行分析，针对不同的问题，提出相应的优化工艺方案，可获得更高的尺寸精度并缩短加工周期，降低操作人员劳动强度，提高生产效率，降低了市场断轴的反馈率，可延长零件使用寿命。1

序言湿式驱动桥轮边支承轴（尺寸见图1）原为外协加工，现回收自制加工，回收自制的零件在市场反馈过程中出现支承轴偶尔断裂的现象。支承轴调质硬度较高，加工困难，加工过程中容易产生变形，尺寸间的相互位置精度不易控制，产品质量不稳定，操作人员的劳动强度较高。针对以上问题，因产能提升，所以为了提高加工效率，对支承轴加工工艺和热处理方案进行改进与优化。

图1支承轴尺寸2

原工艺方案（1）支承轴原工艺路线具体如下。

1）010序：外协。毛坯锻造，调质处理硬度为323～424HBW，并进行粗加工。

2）020序：半精车、精车，采用VL750立式车床。半精车、精车各系列外圆，平端面，留热后精车量。

3）030序：钻孔，采用KB1000深孔钻。钻3个Φ10mm加长孔、2个Φ10mm孔。

4）040序：扩孔，采用VB715立式加工中心。扩2个Φ20mm孔及16个Φ23mm孔。

5）050序：钻孔，采用TMV-1100u五轴立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm销孔定位，钻侧面孔及斜孔。

6）060序：铣削花键，采用YK6012/1花键铣床。两顶尖顶中心孔，铣花键。

7）070序：清洗。清洗工件。

8）080序：热处理，采用GCBY0860D热处理设备。中频感应淬火。

9）090序：磨外圆，采用MB1332B外圆磨床。磨Φ190h8和Φ170f6外圆。

（2）存在的问题原工艺中存在如下问题。

1）010序中调质处理硬度为323～424HBW，后序各工序不易加工，刀具磨损较快。

2）020序中尺寸精度与同轴度不易控制。影响成品最终尺寸的加工步骤分散在多个工序之中，定位夹紧的次数较多，尺寸精度和相互位置精度不易控制。020序半精车、精车需进行调头装夹，工件较大，需找正外圆进行加工，表面质量要求较高，精车后需留磨量。

3）060序铣花键工艺中，在花键铣床上铣花键，两顶尖顶中心孔，因调质硬度高，铣花键效率太低，工件不好吊装，支承轴装夹困难。

4）070序热处理中，花键没有热处理要求，只对Φ190h8和Φ170f6外圆用来装配油封和轴承的位置进行中频感应淬火，花键根部呈尖角，易断裂。

5）080序外圆磨时，在磨床上磨Φ190h8和Φ170f6外圆用来装配油封和轴承的位置，Φ190mm外圆磨不到根部位置，有台阶过渡，支承轴容易断裂。

6）生产效率不高，劳动强度较大，单个毛坯生产的单个零件，工艺路线较长，生产效率不高，操作人员的劳动强度较大。3

优化后的工艺方案支承轴优化后的工艺路线如下[2]。

1）010序：外协。毛坯锻造，调质处理硬度为280～330HBW，并进行粗加工。

2）020序：半精车、精车，采用VL750立式车床。半精车、精车各系列外圆，平端面，留热后精车量。

3）030序：钻深孔，采用KB1000深孔钻。钻3个Φ10mm加长孔、2个Φ10mm孔。

4）040序：扩孔，采用VB715立式加工中心。扩2个Φ20mm孔及16个Φ23mm孔。

5）050序：钻孔，采用TMV-1100u五轴立式加工中心。以Φ232mm止口及Φ23mm销孔定位，钻侧面孔及斜孔。

6）060序：滚齿加工花键，采用SH450数控滚齿机。一端定位，另一端顶尖顶中心孔，滚花键。

7）070序：热处理，采用GCBY0860D热处理设备。中频感应淬火。

8）080序：精车，采用VL750立式车床。精车φ190h8和φ170f6外圆和R15mm圆过渡。4

优化后工艺的加工方法（1）热处理技术要求改进具体如下。

1）调质硬度调整。经工艺多次验证，对支承轴加工技术需进行改进，粗车后调质硬度由原来的323～424HBW改为280～330HBW。硬度改变为后续各道加工工序节约了加工成本和刀具成本。

2）热处理长度改变。中频淬火与表面强化处理，现在花键改为中频淬火，淬火长度由原来的66.5mm改为274.5mm（见图2），花键槽底2～4mm，其他有效硬化层深为3～6mm，硬度为48～53HRC。

a）热处理改进前b）热处理改进后图2支承轴热处理长度对比

（2）020序增加扇形加长爪工装立式车削定位工装（见图3）设计采用专用扇形加长软爪，并采用子母爪结构实现产品快换；子爪加宽加高，形成扇形抱紧方式，增大夹持力的同时大大降低了夹紧变形，机床可以实现高速切削，提高了加工效率和加工精度。

立式车削工装（3）060序铣削花键设备更改支承轴花键加工设备原为YK6012/1花键铣设备，现改为SH450数控滚齿机进行滚齿加工。定位方式原为两顶尖顶中心孔，铣花键。现定位方式改为一端定位，另一端顶尖顶中心孔，并增加滚齿工装，如图4所示。

a）改进前花键加工设备（铣花键）b）改进后花键加工设备（滚花键）c）改进后增加的滚齿工装图4花键加工设备及工装改进

（4）以车代磨工艺改进热处理后磨φ190h8和φ170f6外圆改为热处理后精车（见图5），原来外圆磨床磨不到根部，φ190h8的外圆上有凸台，在根部受力状态下容易断裂。改为热后精车后可以车削到底端面，用R15mm圆弧过渡下来，采用陶瓷刀片，表面粗糙度值Ra可达到0.4μm，提高了加工效率，降低了市场断轴的反馈率，可延长零件使用寿命。以车代磨工艺改进后的效果对比如图6所示。

a）改进前（磨外圆）b）改进后（车外圆）图5热处理后加工工艺改进

a）断裂状态b）热处理后精车状态图6以车代磨工艺改进后的效果对比

（5）增加花键齿数及缩短花键长度在花键齿根（见图7）圆过渡处，滚齿加工的花键根部存在尖角，易断裂，经设计改进，花键齿数由原来的46齿改为47齿，花键长度由原来的106mm改为98mm[3]，经工艺验证，效果明显提高。

图7花键根部5

优化后工艺方案优势（1）生产效率提高调质硬度由原来的323～424HBW改为280～330HBW。硬度改变为后序各道加工工序节约了加工成本和刀具成本。加工工艺改进前后工时对比见表1（表1中只计算主要工序时间，数据来源于超过200件的批量生产统计数据，原工艺工时未计入工序周转用时）。

表1支承轴加工工艺改进前后的工时对比（2）尺寸精度和表面质量提高改进后的工艺新增扇形加长爪工装，形成扇形抱紧方式，增大夹持力的同时大大降低了夹紧变形，机床可以实现高速切削，减小工件找正的时间，提高了加工效率和加工精度，表面质量稳定性得到保障。（3）减少清洗工序和缩短加工周期改进后的工艺清洗工序可以删除，原来花键铣削在热处理之前，花键铣削是用油冷却的，在热处理之前必须进行清洗。优化后花键加工改为数控滚齿机加工，用切削液进行冷却，热处理之前就不用清洗了，清洗工序可以删除，缩短了加工周期，减少了转运磕碰，提高了生产效率。（4）操作人员的劳动强度降低改进后的工艺采取成批加工的方式，减少了操作人员每道工序工装装夹更换夹具的时间。060序铣削花键原为卧式吊装装夹方式，非常困难，优化后的工艺改为立式装夹方式，并增加吊具工装，减少了工件装夹的时间，效率明显提高了，而且改为数控滚