萬向節(jié)新型外圈底厚加工工藝改進

萬向集團公司技術(shù)中心 （浙江杭州 311215） 楊金芳 朱文剛 白 宇 徐建忠

萬向節(jié)即萬向接頭，是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的萬向傳動裝置的 “關(guān)節(jié)”部件，是汽車上一個很重要的部件。萬向節(jié)與傳動軸組合，稱為萬向節(jié)傳動裝置。

本文涉及的NP冷擠十字軸萬向節(jié)外圈（以下簡稱軸套）屬于十字軸式剛性萬向節(jié)中的一個零件，該軸套是錢潮公司為國外某重點客戶新配套制造的產(chǎn)品。傳統(tǒng)軸套內(nèi)底平面采用磨削加工，與之相比，該NP軸套以內(nèi)平冷擠表面作為定位面，要求通過磨削外平面來保證底壁厚度0.04mm的公差，給該道工序帶來了十分大的加工難度。經(jīng)統(tǒng)計，受部門傳統(tǒng)制造工藝等限制，底厚加工合格率僅為11%，因而該產(chǎn)品無法形成批量加工，成為制約新項目開展的瓶頸工序，解決該問題十分迫切和急需。

NP軸套在實施毛坯采用冷擠加工工藝的基礎(chǔ)上，內(nèi)底平面最終配合面要求采用冷擠表面，可節(jié)省一道磨加工工序，意味著加快產(chǎn)品流轉(zhuǎn)，可以減少加工成本，因而也是傳統(tǒng)萬向節(jié)外圈加工工藝改進的方向之一。

1.公司新開發(fā)的冷擠萬向節(jié)產(chǎn)品加工現(xiàn)狀

（1）產(chǎn)品圖樣分析 我們對產(chǎn)品圖樣進行分析，如圖1、圖2所示。

可以看出，該新型冷擠軸套與常規(guī)軸套相比，兩者的主要差別是：①該冷擠軸套內(nèi)圓底部直接以圓弧過渡，即內(nèi)底無滾針槽，而常規(guī)軸套都帶有滾針槽。②該內(nèi)底平采用冷擠表面，不磨加工，而常規(guī)軸套采用磨削表面。③該軸套要求只磨削外平面，底壁厚度公差僅為0.04mm；而常規(guī)此類工藝軸套內(nèi)外底平面均為磨加工表面，且底厚公差有0.14mm。 ④該NP軸套內(nèi)底冷擠表面有微小斜度，而常規(guī)軸套無斜度。

圖1 NP軸套

圖2 常規(guī)軸套

（2）產(chǎn)品加工工藝分析 同時，從兩者的加工工藝不難看出采用該新型冷擠軸套所具有的優(yōu)點。常規(guī)軸的工藝流程為：熱處理→精磨外平面→粗磨外圓→粗磨內(nèi)圓→精磨內(nèi)圓→精磨內(nèi)平面→精磨外圓→交入總裝進行裝配。

該新型冷擠軸套的工藝流程為：熱處理→精磨外平面→粗磨外圓→粗磨內(nèi)圓→精磨內(nèi)圓→精磨外圓→交入總裝進行裝配。

也就是說該新型冷擠軸套可節(jié)省一道精磨內(nèi)平面工序，意味著可以減少加工成本，因而其存在的合理性與價值性也是十分直觀的，可以說是今后其他熱擠軸套改進的方向，因而該底厚加工問題解決的必要性也更為凸顯。

（3）現(xiàn)有加工設(shè)備分析 部門現(xiàn)有M7475B平面磨床，用于磨加工外底平面。按常規(guī)產(chǎn)品的加工工藝，內(nèi)底平面磨加工后，再通過M7475B平面磨床磨削外底平面來保證底厚公差，但也只能保證公差范圍在0.14mm以內(nèi)。而NP軸套內(nèi)底面采用冷擠表面，不磨加工，僅通過磨削外平面來保證底厚公差0.04mm，如不作改進，合格率僅11%左右，導致無法批量加工。

2.影響該產(chǎn)品加工穩(wěn)定性的因素分析

針對M7475B平面磨床加工新型冷擠軸套底厚合格率的情況，我們認為重點要攻克的難關(guān)是保證底壁厚度公差小。通過從人員、機器、來料、方法等方面進行了原因分析，共找到7個末端因素，分別是操作員工對產(chǎn)品工藝要求不清楚、柱樁精度低、測量墊塊結(jié)構(gòu)不合理、內(nèi)表面粗糙度差、外平面磨削余量大、進給量過大、切削液不夠充分等，我們分別逐一進行了驗證分析，發(fā)現(xiàn)了影響問題的主要原因。

（1）測量墊塊結(jié)構(gòu)不合理 小組成員對操作人員的底厚測量檢具進行詳細地反復檢查，發(fā)現(xiàn)由于該軸套內(nèi)表面為冷擠，內(nèi)底表面有斜度，如測量墊塊上口直徑尺寸不作統(tǒng)一規(guī)定，則同一軸套在不同的內(nèi)底平觸面上測量得出的尺寸不一致，對產(chǎn)品加工達不到圖樣要求。

（2）磨床定位柱樁精度不夠 定位柱樁是磨削軸套外平時，用來固定零件的夾具。小組成員對磨床定位柱樁各部位尺寸與工裝圖樣再次進行校驗，由于軸套底厚公差只有0.04mm，抽查其中5個柱樁發(fā)現(xiàn)其上平面與外圓的垂直度在0.005～0.015mm之間，分別進行磨削試驗，結(jié)論為：垂直度越小，柱樁的合格率越高。 因此改善磨床定位柱樁垂直度是提高加工后產(chǎn)品合格率的主要因素之一。

（3）外平面磨削余量大 小組成員對產(chǎn)品的磨削余量進行了檢測，根據(jù)多次磨削試驗發(fā)現(xiàn)，由于該軸套結(jié)構(gòu)特殊，以內(nèi)平冷擠表面定位，如果磨削余量過大，會導致加工后的個體差異增大。因此降低外平磨削余量也是提高加工后產(chǎn)品合格率的主要因素之一。

（4）進給量過大 小組成員在粗磨削外底平面時用不同的進給量進行工藝試驗，結(jié)論為進給量越大則越易造成產(chǎn)品磨削尺寸不穩(wěn)定，且不利于修磨。對操作工實際加工過程觀察后發(fā)現(xiàn)進給量有0.12mm，進給量確偏大。因此減少砂輪的進給量也是提高加工后產(chǎn)品合格率的主要因素之一。

綜合以上分析，我們得出影響NP冷擠軸套底厚工序加工合格率低的因素是：柱樁精度低、測量墊塊結(jié)構(gòu)不合理、外平磨削余量大、進給量過大這4項。

3.方案設(shè)計

通過以上要因確認，我們經(jīng)分析后給出了如附表所示的方案。

4.方案實施

（1）重新設(shè)計制作專用測量墊塊 如圖3、圖4所示，我們根據(jù)NP軸套特點，結(jié)合樣品對測量墊塊頭部直徑進行重新設(shè)計，并經(jīng)過反復試驗，最終確定外圓直徑由φ22.5mm增大到φ23.7mm，頂部增加臺肩直徑φ20.8mm，并鉆孔φ10mm，與軸套一致，使提高測量準確性。經(jīng)試用后，效果較好。

冷擠軸套底厚加工合格率對策實施表

（2）改進磨床定位柱樁 如圖5、圖6所示，我們根據(jù)NP軸套內(nèi)底平面為冷擠表面，通過內(nèi)平面定位磨削外平面保證底厚公差控制在0.04mm以內(nèi)的情況，對定位柱樁進行改進，重點對定位柱樁垂直度公差要求控制減小到0.005mm以內(nèi)，并對頂部增加倒角，重新制作。

（3）調(diào)整車加工余量 我們經(jīng)過大量工藝試驗后，對NP車加工圖進行改進，結(jié)合工序特點，使外底平車加工尺寸由原（3.11±0.05）mm減小到（3.05±0.05）mm，上下極限差共減小0.06mm，經(jīng)試磨，加工尺寸明顯變得均勻。

（4）完善切削進給量 我們對進給量進行反復試驗，最終確定由原來一次性進給0.12mm減少到最大一次進給0.08mm比較合理，并分三次進給，經(jīng)試用，尺寸波動明顯減小。

圖3 測量墊塊

圖4 測量墊塊實樣

圖5 定位柱樁

圖6 定位柱樁實樣

5.結(jié)語

通過以上實施，我們對改進后在M7475B平面磨設(shè)備加工NP冷擠軸套底厚工序進行了反復磨削試驗，并對連續(xù)數(shù)日的加工情況進行統(tǒng)計，結(jié)果表明，方案實施后，不僅該新型冷擠外圈底厚合格率提高到了99%，而且班產(chǎn)也達到11 000余支。

通過一年來的使用情況表明，通過對M7475B平面磨床上加工NP冷擠軸套底厚工序的工裝、工藝改善，解決了該新型冷擠軸套底厚加工廢品率高、無法批量加工的難題，使能形成了大批量作業(yè)，滿足了顧客的要貨需求，為公司進一步爭取市場份額提供了強有力的保障。