輥壓齒成品加工工藝改進

羅國云

(自貢硬質合金有限責任公司，四川 自貢 643011)

輥壓齒產品是一種柱狀球齒類硬質合金產品，需精磨后按一定要求鑲嵌在大直徑鋼質滾筒外圓上使用，工作環境惡劣，柱面和球面均要求與鋼質滾筒貼合，因此，需對燒結后的硬質合金產品進行成品加工，才能滿足使用要求。本文主要闡述輥壓齒成品加工工藝的改進，針對傳統加工工藝成本高、質量不穩定、加工效率低、容易出安全事故等問題，結合現代科學技術的發展，我們發現，通過成型砂輪改進，減少鉗工在拋光機上手工修研球面與外圓柱的過渡區，并獲得國家專利局復合砂輪的專利授權(專利號：201710857225.2 201721246515.5)，由原來的四道工序縮減為現在的三道工序；通過加工工藝改進，在輥壓齒成品加工試驗可行、合理的基礎上，再利用閑置普通多用磨舊設備進行改造等方法，由原來的人工手動單人單機操作，改進為數控自動化操作。降低了加工成本，加工產品一次送檢合格率99%以上，提高了產品質量，實現了數控自動化加工，技術達到國內先進，填補了我國輥壓齒成品加工數控自動化加工空白。

1 輥壓齒產品成品加工技術要求

外圓柱面直徑公差0.02 mm，柱面錐度0.005，Ra0.8 μm；

總高±0.2 mm，底面Ra1.6 μm；

球面R：-0.05～-0.20 mm，球冠高：+0.6～+1.50 mm，球面Ra1.6 μm。

球面與外圓柱面過渡區圓滑平緩。

圖1 輥壓齒產品成品加工圖

2 傳統輥壓齒成品加工工藝

傳統加工工藝采用無心磨外圓、平面磨底面、多用磨球面、鉗工在拋光機上手工修研球面與外圓柱的過渡區，四道工序均單人單機操作；尤其是多用磨球面和鉗工修研過渡區，為了充分提高效率，采用帶間隙的筒式專用工裝，不停機手動裝卸產品和加工操作。由于工裝存在間隙，加工中容易產生球面偏心，產品質量保障度差，有近20%的產品球面需返工；同時，由于采用旋轉狀態不停機裝卸產品，容易出現絞傷、劃傷等的安全事故；而且人工手動操作，單人單機，屬粗放式人員密集型加工，加工成本高，產量低，只能通過不斷地加班加點來確保訂單需求和降低成本。

3 改進后的輥壓齒成品加工工藝

3.1 輥壓齒產品外圓柱面的加工工藝改進

針對輥壓齒產品的特點，結合現有設備的實際情況，采用普通無心磨MT1040加工。我們通過比較，認為推板式自動送料機適用于無心磨加工，一人多機，班產量可達2000件，提高了勞動生產率，確保數控多用磨的產能需求。

加工產品經過檢測，外圓直徑公差達到0.02 mm的要求，柱面錐度0.003 mm，表面粗糙度Ra0.4 μm,優于產品技術要求。

3.2 輥壓齒產品底面加工工藝改進

針對輥壓齒產品呈柱狀的特點，采用普通平面磨M7130加工，并設計制作專用工裝器具。以無心磨加工后的外圓柱面為基準，根據外圓柱直徑尺寸大小，在平面磨工作磁臺上采用專用工裝器具呈品字形將產品成組裝夾牢固，一次性排列42～48件，成組加工，產品高度一致性好，高度極差≤0.05 mm，為后續球面磨削提供基準；班產量可達1500件；投入2臺平面磨床，與數控多用磨產能匹配。

3.3 輥壓齒產品球面加工工藝探討

3.3.1 球面加工方法及工藝試驗

我們通過外圓砂輪范成球面加工、內圓砂輪范成球面加工、樹脂成型砂輪修整加工、電鍍成型砂輪加工等方法分別進行工藝試驗比較，具體情況如表1。

通過表1四種球面加工方法比較，電鍍成型砂輪加工方法[1]加工的產品尺寸一致性、表面粗糙度、加工效率、加工成本等綜合效率最佳，所以選定電鍍成型砂輪加工。

3.3.2 設備改造方案

在球面加工工藝可行的基礎上，針對輥壓齒產品的球面特點，提出兩種設備改造方案：

第一種方案：對舊設備2M9120進行數控化改造，實現數控加工；采用智能機械手裝卸產品，實現自動化加工。

表1 球面加工方法及工藝可行性分析表

第二種方案：對舊設備2M9120進行數控化改造，實現數控加工；采用氣缸推送料方式，自主設計裝卸料機構，分步實現自動化加工。

兩種方案的區別在于自動裝卸料部分，第一種方案是整套購買智能機械手，技術成熟，但投資額大；第二種方案是采用氣缸推送料方式，自主設計裝卸料機構，分步實現自動化，能夠滿足生產需求，優點是投資額小。具體成本核算見表2。

表2 投資方案明細及對比分析

通過以上分析，在滿足Q/62071126-8《輥壓機齒外委加工相關工藝質量要求》的基礎上，從性能價格比出發，我們優選第二種方案。

方案實施后，通過加工試驗，對料盒、支架等進行設計和改進，從升推料、送料、夾緊、粗精磨動作、卸料等環節進行三維模擬，對每個動作的時間進行核算；從單段動作設計、單段運行，再到各步驟動作連貫，實現連續加工。通過試驗、改進、再試驗、再改進等持續優化，結合具體產品余量和燒結變形情況，加工時間由最初的每件46秒，縮短為24秒至27秒。球面R尺寸-0.05～-0.12 mm；球冠高度0.6～+1.2 mm；球面表面粗糙度Ra1.0μm。球面加工質量優于產品技術要求。

3.4 輥壓齒產品球面與外圓柱面過渡區的加工工藝探討

傳統加工工藝是由模具鉗工在拋光機上手動修整圓滑。缺點是存在安全隱患(拋光機旋轉不停，人工手動裝卸產品)；質量不穩定(人工手動修整技能差異)；成本高。

改進后的加工工藝是通過設計、制作專用球面砂輪[2]，并獲得國家專利局復合砂輪的專利授權(專利號：201710857225.2 201721246515.5)粗、精磨結合，將球冠與柱體之間的過渡段一并帶出[3]，減少鉗工修研，降低了加工成本；加工產品一次送檢合格率99%以上，提高了產品質量，實現了數控化自動加工。

4 結論

綜上所述，我們通過對輥壓齒產品技術要求進行分析，針對外圓精度、底平面垂直度、球面及過渡區的處理等過程中的相關問題，實現了工藝改進，解決了輥壓齒成品加工的關鍵——球面加工。通過設計、制作專用成型砂輪，并獲得專利(專利號：201710857225.2 201721246515.5)，粗、精磨結合，將球冠與柱體之間的過渡段一并帶出，減少鉗工修研。由傳統工藝的四道工序減少為三道工序，同時，球面加工復合砂輪的應用，均勻化了精磨階段的加工余量，提高產品質量，一次送檢合格率99%以上，并延長了砂輪壽命，降低了加工成本，提高了加工效率，實現輥壓齒數控化自動加工，確保輥壓齒產品球面一致性。

在工藝可行的基礎上，通過少量投資，將廢舊設備2M9120改造為數控設備，實現了輥壓齒成品加工數控自動化。通過對外圓柱面、底面、球面等加工工序的工藝探索，形成了“輥壓齒成品加工數控自動化生產線”，形成了Q/62071126-8 Z12101.1-2020《輥壓齒成品加工作業指導書》等相關技術文件。

新工藝實施后，由原來的單人單機操作改進為一人多機操作，操作人員由原來的16人減少為現在的7人，班產量由原來的500件，提高為現在的2000件以上，極大地提高了勞動生產率。生產成本由原來的3.22元/件降低為現在的1.38元/件，加工成本降低57.14%；按年需求120萬件計算，年降低加工成本220.8萬元，產品一致性好，質量穩定，提高了產品市場競爭力。