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                自動化工裝夾具的設計過程介紹

                發布者:重慶治中機械制造有限公司 發布時間:2021/10/18 17:12:59 閱讀:次 【字體:

                自動化工裝夾具對於機械設備來說,是經常會用到的一個№配件,但是你知道自動化工裝夾具是怎樣設計出來的嗎?提到易變形的齒輪或是高精度同步器齒套、盤橋齒的熱處理變形控制時,工藝人員往往會⊙聯想到當前國際上對此采用的包含有壓淬工序的成熟工藝流程:熱前半成品→滲碳→壓淬→回火。

                雖然此熱處理工藝流程確實對於控制熱處理變形起到良好的效果,但在執行壓淬工藝就不會被人舀走嗎時所消耗的成本費用是相對比較高的,而且工藝周期被拉長,不利於』高效生產,這在當今市場競爭如此激烈的環境下,成為 四大強者了制造商們非常頭疼的問題。因此,對於一些特定的齒輪,需要嘗試通過改進控制方法把齒輪滲★碳淬火後的變形控制在技術要求的範圍以內。圖1所示的工件是為國內某發動機總成廠配套的凸輪軸齒輪,屬於我廠的量產零件。該齒輪的材料為20CrMnTiH,輻板面雖然不是很窄,但是僅11mm厚,在結構上屬於典型的不對〓稱小直徑結構件。

                1.凸輪軸齒輪熱處理要求

                表面硬度57~62HRC;心部硬度25~45HRC;有效硬化層我們走深度0.61~1.2mm(含0.2mm磨量),有效硬化層深度評價界限為515HV1;金相要求碳化物1~3級;馬氏體及殘留奧氏體1~3級。

                2.熱處理後磨削加工流程

                用後端面定位,磨齒輪正面的7個信號臺;之後用7個信號臺定位,磨後端面;最後,用後端面定位,磨前端面。由於7個信號臺〇起到發信號的作用,因此,必須保證7個信號臺嚴格的尺寸要求(±0.1mm)。

                3.熱處理工▲藝流程的確定

                考慮到該齒輪雖然屬於結構不對稱工件,但材料為因此才瀕了年輕時普通滲碳鋼,又是不含鎳小子鋼,為了能夠滿足月產量最高峰達8000件的●排產需求,並且盡量縮短工藝周期,我們選定的工藝流程是按照典型滲碳淬火工藝即滲碳後降溫、保溫一段時間後直接淬火的熱處理方式,如圖2所示。齒輪的熱處理設備選擇的@是RTQF—13型IPSEN單門式多用爐生產線(3-1-2線),裝爐方式采用傳統的自動化工裝夾具立裝,如圖3所示。齒輪開發初期整體工藝流程為:鍛造→毛坯等溫正火→熱前加工→滲碳淬火→回火→清理拋丸→磨削加工→最終檢驗→清洗防銹→包裝入庫。

                4.熱處理存在的質量問題

                熱處理後齒輪的金相檢測項目雖然基本上能夠滿足技術要求,但是起初對於熱處理ξ 變形控制的效果很差。熱處理後,發現齒輪的中間輪轂面扭曲變形導致7個信號臺無法成功磨削,而且不同批次的齒輪熱處理後尺寸的變化差異也何林眼中冷芒一閃而逝不一樣。

                圍繞著該齒輪的熱♀處理變形問題,我們從原材料的進廠檢驗、等溫正火、滲碳工藝參數◇的優化、熱前尺寸的配合等方面都做了大量的工作這時候進行過程優化。最終我們在熱處理後變形件的控制那是怎樣方面提高了不同批次齒輪熱處理後變形︼趨勢的一致性,但是對於齒輪輪轂面變形的控制效果依舊不太滿意。

                5.對於庫存半成品件及生產現場問題件的處理

                由於齒輪熱處理變形後強行磨削若發生黑皮將導致齒輪報》廢,因此,部分變形件積壓在庫房中,無法動刀,出不了成品,產生不了效益,又占用庫存,而且生產現場還在產生同樣問題你們還得依靠我的熱後半成品。為此,我們利用廠內現有轉底爐和單工位淬火壓床資▅源,根據該凸輪軸齒輪的結構特點設計了壓淬模具,如圖4、圖5所示。

                在采用以上設備對於庫存半成品實施壓淬後,可以將突出的輪轂面壓平,保證後續熱後╱磨削順利進行。在壓淬的同時我們對於壓淬的成本進行了大致核∞算:

                能耗成本:轉底爐總功率128kW,工業用電0.72元/kW·h,能耗128×0.72=92.16元/h;淬火壓床擋不賺竟然還是擋不賺總功率48.1kW,工業用電0.72元/kW·h,能耗48.1×0.72=34.632元/h。

                甲醇成本:流量工藝要求為2~3L/h,采購價格為4元/kg,密度0.8kg/L,消耗成本為2L/h×0.8kg/L×4元/kg=6.4元/h。

                丙烷成本:流量工藝要求為0.7m3/h,采購價格為7.168元/kg;密度1.76kg/m3,消耗成本為0.7m3/h×1.76kg/m3×7.168元/kg=8.83元/h。

                壓淬效率:每小時壓11件。

                壓淬人工成本:1元/件。

                壓淬單件齒輪需要消耗成本:[(92.16+34.632+6.4+8.83)/11]+1=13.911元/件。

                該齒』輪熱處理之後磨齒工序時因熱處理變形發生廢品時半成品價格為54.39元。

                則挽救一件半成品需要付出的壓淬成本所占比例為(13.911/54.39)×100%=25.6%。

                由此可知,壓淬成本高且效率低,壓淬產能明顯不足,只能作為變形件的挽救手段加以應用而不能100%大批量壓淬,無法滿足該齒輪的高排產需求。

                6.自動化工裝夾具的優化

                如果齒輪的輪轂面變形的問題能夠得到解決,那麽該齒輪實現滲碳後直接淬冷汗火的工藝方式才是切實可行的。我們曾經試圖在組合式自動化工裝夾具的結構上尋求突破,但可是得了無數好處才有那實力未能如願。

                必須找到影響熱處理變形的他們沒想到根本原因,才可以在控制上有所突破。通過多次的試驗分析後,得出該產品熱處理變形大的主要原因是工件的結構不對稱,一是工件立放,當組織完全奧氏體化後,在重力的影響下齒輪中心比較厚實的凸臺部位就會產生一定的變形,淬火時齒輪↓又會使得原先的變形趨勢加劇;二是淬火時齒輪上有效厚度較薄的部位先發ω生組織轉變,而有效厚度較厚的部位發生組織轉變的時間相對滯後,造成了同一個齒輪上不同部位由奧氏體組織向馬氏體組織轉變的不同時性,進而造成了№組織應力對於變形的影響。

                因此,對於這種結構不對稱的齒輪來講,滲碳淬火時使其呈現自由變形狀態是不可取的,將會給齒輪的質量和成本控制都帶來不利影響。我們必須在直淬工藝上有新的突破,否則我廠的工藝路線是沒有競爭優勢的。

                首先我們作整爐試驗尋找齒輪輪轂※面移動變形的趨勢,共裝載32件齒輪,編號為1~32號,雙層隨機立兩套放,裝載方式如圖6所示。

                分別測量32件齒輪熱處理前與熱處理後的端面平行度和信號臺側↑的輪轂面(中間凸臺面)相對於齒輪也沒什么辦法了正面大端面的高差值,測量結果如附表所示。

                由附表可知,齒輪熱處理後中心凸臺整體朝齒輪後端面移動變形的趨勢明顯,有將近一半的齒輪中心」凸臺的平移量超過了0.10mm。

                為此,我們設計了簡易的三爪式夾具(如圖7所示)與齒輪的凸臺面是圓周上均布三處接觸,支腳長度徑向上既能滿足該齒輪的直徑需求,又不至於使齒輪外圓直徑方向上在加熱和淬火過程當中因工裝的影響而受力。另外,我們考慮改變傳統的裝爐方式,將齒輪背面的凸臺面平放在三爪式夾具上,而後再疊放在蜂窩式平板小料盤上進行滲碳淬火,以達到阻礙嗯中心凸臺移動的目的。

                之所以⊙不直接放在蜂窩式平板小料盤上熱處理,是考慮到□反復的加熱和冷卻過程中小料盤已經產生了一定的變形,即小料盤本身就已經不平了在一個時辰之前,對於齒輪的平面度影響較大;再者,齒輪平放在三爪式夾具上相對於直接與小料盤接觸而言接觸面積①較少,且三爪式夾具上的3個5mm深的過油槽也有利於通靈大仙手中拿出了一塊玉簡淬火油的流動冷卻,對於凸臺面的硬度一致性的影響較小。

                為了驗證試驗的有效性,我廠先期♀訂購了5件三爪式夾具,在爐中不同的部位進行工藝試驗,前後總共跟蹤◣了10爐次的試驗,50件齒輪的凸臺面沒有再出現移動變形現象,平面度全部控制在0.10mm以內,滿足了技術要求,轉入磨加∴工工序後,因為熱處理變形量均控制在熱處理前預留磨量之內,所以該批試驗件全部得以成功磨出。

                試驗結果證實,該批齒〖輪的凸臺移動變形現象得到有效的控制,為實現直淬式工√藝縮短生產周期並滿足批產量奠定了基礎。

                雖然我沖出這第一個光暈廠自己設計的夾具大多采用傳統的3Cr25Ni20Si2材料,耐用度不高,重復淬火以後夾具的變形也有風險,而且⌒ 試驗中的簡易式三爪式夾具因裝載操作比較煩瑣不適用於大批量整爐式裝夾,但是畢竟為我們設他以后甚至可能成為神尊計此種齒輪的滲碳夾具提供了一定的理論基礎。

                目前我們已經與國際知名☆的某專業熱處理自動化工裝夾具制造公司合作設計了適用於該種齒輪大批量整爐裝夾的專用滲碳料盤及▼夾具(見圖8)。

                在考慮到夾具使用壽命時,我們與合作方一起又對夾具材料進行了優化,更換的材料為HR17Nb,可確保使用壽命達到兩年。其合理的結構設計即等寬〗壁厚的對稱布局可以有效地避免應力集中現象,同時嚴格執行鑄造工藝確保夾具沒有砂眼缺陷,材料成分也必須完全符合相應的標準。

                該工裝訂購到ω 位後我們必須規範使用、維護過程,在生產過程當中需要定期將夾具翻轉使用,以便於緩解】工裝的變形。在客戶對於該種齒輪需求量不斷增長的前提下,該套新式夾具所帶來的收益也會越加明顯。

                7.幾種個性化實用熱處理夾具介紹

                以上介紹的專ぷ用滲碳夾具有一定的優點,但是不具有通用性,無法要渡神劫也不是什么奇怪在所有的齒輪產品中進行推廣。但是追求設計一種自動化工裝夾具就可以處理所有的工件也是很困難的,因為不同的齒輪結構和熱處理要求所適用的熱處理夾具也不會一樣】。

                在長期的實踐摸索過程中,我們∩針對一些特定結構的工件設計出一些簡易的個性化熱處理工裝,收到了良好的使用效果。

                例如,圖9a所示的齒輪如果出關了其結構對稱,對於此種齒輪我們設計的是通用性比較強的組合式自動化◤工裝夾具,采取立放的形式進行滲碳,既能夠最大程度地滿足裝爐量,又能夠滿足峽谷之中熱處理變形的要求;對於圖9b所示的中橋從動圓柱齒輪,我們設計的是串棒式█自動化工裝夾具,將齒輪每5個一組直接套在串棒上,串棒通過料盤上的定位孔進行固定。因中橋從動圓柱齒輪的工件端面寬度相對比較大,且串棒直徑與齒輪的內孔直徑間隙量比較小,可保障齒輪組整齊碼放,防止進爐、出爐過程中齒輪相對於串棒來回竄動;對於圖9c所示的ㄨ兩種工件,一是帶有內花鍵的嚙合套,由於結構不對稱造成淬火身上黑光爆閃時大小兩個端面的冷卻速度差異大,如果直接穿棒疊放在一起,熱處理後□ 一個顯著的缺陷就是內花鍵會產生一定的錐度;二是大內孔薄壁齒輪若直接穿棒疊放在一起,熱處理後會造成內孔橢圓。對目光陡然朝何林看了過來於這兩類工件我們采用的是平板式夾具或籠屜式夾具,用定位小立柱防止工件左右來回竄動,同時靠夾具受力來避免工件在熱●處理過程中相互擠壓受力而變形。

                采用以上所述的針對各他們種特點工件匹配設計的個血玉王冠頓時光芒暴漲性化自動化工裝夾具,對於熱處理變形控制都有比較好的效果,質量長期¤穩定。

                8.結語

                (1)在熱處理過程中,自動化工裝夾具對於熱處理時扭曲變形的影響比較大。

                (2)采用文中所示類型的三爪式滲碳夾具對於結構不對稱的凸輪軸齒輪熱處理變形(輪轂面平移)控制比較理想,批量大的齒輪采用♀該種整體優化後的夾具帶來的收益也比較明顯。

                (3)工件采用何黑馬王頓時一驚種裝料方式需要根據其具體的結構特點來個性化確定,有時一些簡易的夾具也可以收到比較好的使用效果。

                   
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