電機軸機械加工油封位螺旋紋不良改善

夏杰

摘 要：電機軸油封位存在螺旋紋，導致整機裝配后PV耐久試驗油封位漏油。通過棉線吊砝碼順時針旋轉測試，棉線左右竄動，判定油封位外徑存在螺旋線;通過排查和驗證，選取更大粒度的陶瓷砂輪進行油封位精磨，并在精磨工序后增加光磨工序，同時增加砂輪修磨頻次，然后進行相應的加工驗證。根據各種驗證結果來優化相關的工藝流程，從而達到加工產品滿足整機PV耐久試驗的需求。

關鍵詞：螺旋紋;砂輪;粒度;精磨

0 引言

2018年7月，公司承接了海外K客戶的發電機項目。作者主要負責指導供應商按產品圖紙要求開發軸類零件加工工藝，并針對后續的產品實用狀態提出改善方案。

此項目電機軸油封位圖紙要求粗糙度Rz2.5，初期生產產品粗糙度滿足Rz2.5的要求，但在整機PV耐久試驗發現油封位存在漏油現象;通過機床兩頂尖頂住中心孔，在油封位使用棉線吊20 g砝碼，機床順時針旋轉測試的方法，棉線出現左右竄動，判定油封位存在螺旋線，同時，試驗驗證螺旋線是漏油的根源;排查發現供應商精磨工序使用陶瓷砂輪粒度小，修磨砂輪頻次低，一次精磨無法完全消除螺旋線，指導供應商選取更大粒度的陶瓷砂輪，增加砂輪修磨頻次，同時在精磨工序后增加光磨工序。

通過調整后的加工驗證，從而達到油封位螺旋線的消除，最終達到滿足整機PV耐久試驗的需求和整車運行需求。

同時，通過此次機械加工相關工藝調整的研究，公司在機械加工方面規避螺旋線吸取了一定的經驗，為后續的金屬加工積累了技術能力。

1 產品介紹及問題描述

1.1 油封位結構和技術要求

此零件為軸類結構，熱處理后油封位采用機械磨削加工，油封位直徑要求φ48-0.025/-0.050 mm，粗糙度要求Rz2.5。

1.2 問題描述

在產品開發初期時，從成本角度考慮，產品油封位直徑熱后采用一次精磨完成（見表1），精磨使用陶瓷砂輪選取F60粒度的，過程控制中陶瓷砂輪的修磨為精磨10件進行一次修整。此工藝加工出的產品，測量油封位直徑和粗糙度均符合圖紙要求，但在整機PV耐久試驗過程中發現油封位漏油。

2 初步原因分析及驗證

2.1 通過對PV耐久試驗失效軸進行油封位粗糙度、直徑、螺旋線進行檢測分析，確定油封位漏油的失效原因

（1）油封位粗糙度測量。使用粗糙度儀對軸油封位進行測量，實測值1.870 um，滿足圖紙要求Rz2.5。

（2）油封位直徑測量。使用光學軸類測量儀對軸油封位直徑進行測量，實測值φ47.962-47.964 mm，滿足圖紙要求φ47.950-47.975 mm。

（3）油封位螺旋線檢測。使用氣槍及白布清潔軸兩端中心孔，并擦拭油封位，機床兩頂尖頂住軸兩端中心孔，在油封位使用棉線吊20 g砝碼，在棉線上滴白油，啟動機床順時針旋轉，轉速設定160 r/min，觀察棉線出現左右竄動，判定油封位存在螺旋線。

2.2 對油封位漏油的失效原因進行驗證

挑選油封位直徑和粗糙度均合格的軸，使用砂輪磨削加工，分別加工2根油封位有螺旋線和2根無螺旋線的軸，進行PV耐久試驗驗證，通過1 300 h的耐久試驗，發現裝配有螺旋線的軸，試驗過程中發生了漏油現象，但裝配無螺旋線的軸，整個試驗過程均未出現漏油現象。

通過以上的失效原因分析和驗證，可確定油封位有螺旋線是導致PV耐久試驗漏油的根源。

3 根本原因分析及驗證

3.1 針對磨削后油封位有螺旋線的問題，排查機床精度、加工參數、砂輪型號和砂輪過程控制，確定螺旋線的產生原因

（1）機床精度。精磨油封位采用日本進口津上G300A-500數控外圓磨床，具有穩定的加工精度，砂輪軸采用津上獨有的高剛性動壓軸承，導軌面采用平穩性強、精密度高的V-平導軌結構，可進行高精度磨削加工，滿足此軸油封位的公差精度加工要求。

（2）加工參數。精磨工序外圓磨床設定線速度50 m/s，進給量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，符合金屬件磨削工藝參數設定的要求，滿足圖紙要求的粗糙度和直徑公差要求;但無法達到完全消除螺旋線的目的，查工藝參數設定的相關要求，可通過光整加工進一步提高表面粗糙度，消除螺旋線現象。

（3）砂輪型號。根據此軸圖紙規定材料和粗糙度要求，材料SAE8620H，粗糙度Rz2.5，考慮成本問題，精磨油封位采用陶瓷砂輪，砂輪粒度選取F60，通過查找工藝參數設定的相關要求，砂輪粒度越大，加工出的產品表面粗糙度越小，外圓精磨一般選取砂輪粒度在F60-F100。為獲得更高表面光潔度，消除外圓螺旋線，此軸加工可適當提高砂輪粒度，由F60提高到F70。

（4）砂輪過程控制。為了平衡工序間的速度和后期產量提升，初期程序設定熱后精磨10件后修整一次砂輪，修整頻次過低，不能完全避免因磨粒變鈍造成工件表面灼傷和粗糙度過高。

3.2 對螺旋線產生的根本原因進行驗證

生產100根熱后待精磨的半成品軸，使用G300A-500數控外圓磨床進行油封位精磨。

50根依據現有加工工藝參數進行精磨，使用砂輪粒度為F60，過程中砂輪修整頻次10件/次，加工完后依《磨削紋測量方法》進行檢測，全檢50根，其中有16根棉線出現明顯左右竄動的現象; 另外50根，重新制定精磨油封位工序加工參數，外圓磨床設定線速度50 m/s，進給量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同時精磨后增加一道光磨工序，設定線速度：50 m/s，進給量：光磨0.001 mm～0.002 mm，使用砂輪粒度為F70，過程中砂輪修整頻次6件/次，加工完后依《磨削紋測量方法》進行檢測，全檢50根，均未出現棉線左右竄動的現象。

通過以上的根本原因分析和對比驗證，可確定螺旋線的產生是因為油封位精磨工序設定加工參數不合理，未加入光磨工序;砂輪粒度選取過低，且過程中砂輪修整頻次過低導致螺旋線的產生。

4 措施制定及問題解決

（1）通過以上分析出的根本原因，制定相對應的改善措施：

①調整油封位精磨工序加工工序參數，第一道精磨留出加工余量，精磨完成后加入光磨工序進行油封位光磨。

調整前精磨工序加工參數：外圓磨床設定線速度50 m/s，進給量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm。調整后精磨工序加工參數：外圓磨床設定線速度50 m/s，進給量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同時精磨后再增加一道光磨工序，機床設定線速度：50 m/s，進給量：光磨0.001 mm～0.002 mm。

②磨削砂輪的粒度由F60更換為F70的。

③過程控制中砂輪修整頻次由10件/次提高至6件/次。

④光磨完成后，生產50件依據《磨削紋測量方法》進行抽檢3件。

調整后的精磨段工序流程圖見下表2。

（2）依據調整后的工序生產5件軸，生產完成后進行外觀、尺寸及螺旋線檢驗，檢驗合格進行整機裝配，完成后開始PV耐久試驗，通過1 300 h的試驗后，未發現整機油封位出現漏油現象。

至此，通過以上的驗證試驗，完成了PV耐久試驗油封位漏油現象的改善，供應商開始進行批量生產工序參數的更新和調整。

5 總結

因產品初期PV耐久試驗漏油，通過指導供應商進行一步步的原因分析和驗證，查找工序間加工參數可優化和改善點，并進行工序參數調整和生產試驗驗證。通過調整后驗證，PV耐久試驗未發現漏油現象，滿足了項目試驗和整車運行的需求。

通過此次不良的改善，為供應商開發軸類零件的加工工藝積累了寶貴經驗，同時，前期設計也充分認識到整機油封配合部位，軸類零件不允許有螺旋紋，為后期產品的開發積累了設計經驗。

參考文獻：

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