機(jī)車焊接齒輪箱整體退火工藝的探討—齒輪箱裂紋分析及解決方案

賴志剛，劉平安，史小恒，

（1.江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌 330095；2.華東交通大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，南昌 330013）

0 引言

合理的工藝路線對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，同樣的工序和工藝方法，采用不同的工藝流程，有時(shí)會(huì)起到預(yù)想不到的效果，因此工藝路線的制定對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證具有至關(guān)重要的意義，有時(shí)會(huì)克服產(chǎn)品制造的工藝難點(diǎn)，解決產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)機(jī)車齒輪箱的工藝路線的合理調(diào)整，解決了齒輪箱的裂紋問(wèn)題，為科學(xué)合理地制訂零件工藝路線提供了一個(gè)很好的例證，具有啟發(fā)和借鑒意義。

1 背景介紹

長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)車齒輪箱的漏油問(wèn)題困擾著幾乎每個(gè)機(jī)車生產(chǎn)廠家，常常因?yàn)辇X輪箱的漏油問(wèn)題，給廠家造成大量的返修，同時(shí)也大大縮短了齒輪箱的壽命，致使每年光這一項(xiàng)返修費(fèi)用就可能高達(dá)幾十萬(wàn)元，主要原因是齒輪箱局部裂紋造成齒輪箱的漏油。

另一方面，由于焊接齒輪箱的特殊結(jié)構(gòu)，其變形很難控制，特別是在加工的各個(gè)工序的裝夾也會(huì)引起尺寸的變化，常常出現(xiàn)安裝位置的孔偏等問(wèn)題，影響齒輪箱的裝配和安裝，造成齒輪箱的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，制約了齒輪箱的通用性和標(biāo)準(zhǔn)化。

針對(duì)此長(zhǎng)期以來(lái)的無(wú)法從根本上解決的慣性質(zhì)量問(wèn)題，大同電力機(jī)車公司領(lǐng)導(dǎo)組織專門的技術(shù)人員對(duì)這一產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析、排查，查找零件質(zhì)量缺陷的根本原因。在公司領(lǐng)導(dǎo)的支持和技術(shù)中心設(shè)計(jì)部門的主導(dǎo)下，通過(guò)潛心研究，深入調(diào)查，最終提出了新的工藝方案，從根本上解決了機(jī)車齒輪箱由于焊接裂紋導(dǎo)致漏油的質(zhì)量問(wèn)題。

2 分析研究

在分析原因之前，先介紹一下機(jī)車齒輪箱的結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單的制造過(guò)程。

2.1 機(jī)車齒輪箱結(jié)構(gòu)介紹

機(jī)車齒輪箱是為防止灰塵等雜物進(jìn)入齒輪，同時(shí)為給機(jī)車齒輪提供潤(rùn)滑油以保護(hù)齒輪的箱體。機(jī)車齒輪箱主要分焊接結(jié)構(gòu)和鑄造結(jié)構(gòu)兩種，目前包括幾乎所有焊接機(jī)車齒輪箱遵守著同樣的工藝路線，只是因車型的不同在有些尺寸上有差異而已。本文所提及的齒輪箱是焊接結(jié)構(gòu)的齒輪箱，以ss7c型機(jī)車齒輪箱為研究對(duì)象進(jìn)行介紹。

機(jī)車齒輪箱主要由上箱和下箱組成，上箱和下箱結(jié)構(gòu)類似，只是下箱有油量檢查盒，而上箱沒(méi)有，卻比下箱多出排氣管。

齒輪箱上箱如圖1所示，主要由側(cè)板、頂板、大領(lǐng)圈、小領(lǐng)圈、螺座二、耳座和排氣孔焊接而成。

齒輪箱下箱如圖2所示，主要由側(cè)板、頂板、大領(lǐng)圈、小領(lǐng)圈、螺座一、耳座和油量檢查盒焊接而成。

圖2 齒輪箱下箱

上、下側(cè)板采用5mm厚的薄板，為齒輪箱的主要框架，其它小部件都焊接在側(cè)板上，因此形成了齒輪箱薄板焊接而焊縫較多的特殊的箱型結(jié)構(gòu)。

2.2 齒輪箱原有工藝介紹

2.2.1 齒輪箱工藝介紹

先將側(cè)板和領(lǐng)圈放在組焊臺(tái)上進(jìn)行組對(duì)，接著組對(duì)頂板（低板），半箱組焊完畢進(jìn)行半箱退火，然后加工合箱面，最后將上箱和下箱用螺栓把緊，進(jìn)行領(lǐng)圈和安裝座的加工。

2.2.2 工藝路線

齒輪箱半箱焊接→半箱退火→銑合箱面合箱→整箱鏜領(lǐng)圈孔→組焊齒輪箱各螺座→銑螺座端面→加工螺座螺紋→檢驗(yàn)。

齒輪箱最關(guān)鍵的要求，就是確保齒輪箱不漏油，因此最后還要做滲漏試驗(yàn)，檢驗(yàn)其氣密性。

2.3 原因分析

我們對(duì)現(xiàn)有齒輪箱的檢查發(fā)現(xiàn)，所有的齒輪箱裂紋主要發(fā)生在齒輪箱的螺座的焊接處和周圍。為解決此問(wèn)題，我們從以下幾方面來(lái)分析得出了齒輪箱裂紋的原因。

首先從齒輪箱的受力來(lái)分析裂紋產(chǎn)生的外因，由于齒輪箱本身懸臂在機(jī)車輪對(duì)上，在自身重力作用，再加上機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)載荷影響，造成齒輪箱的裂紋。

其次是齒輪箱特殊的焊接結(jié)構(gòu)，通過(guò)前面對(duì)齒輪箱結(jié)構(gòu)的介紹，因?yàn)辇X輪箱是由薄板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，容易變形，加上焊縫比較多，造成焊接后的焊接應(yīng)力比較大。

最后本身的工藝路線存在缺陷，因?yàn)闄C(jī)車齒輪箱的螺座位置是齒輪箱與電機(jī)連接的唯一支承，也就是說(shuō)機(jī)車齒輪箱重量的絕大部分要傳遞給螺座，而在工藝上卻存在嚴(yán)重的違背焊接件加工必須退火的基本原則，而焊接齒輪箱的工藝中卻違背了這一條，就是齒輪箱焊接完落座后，為進(jìn)行焊接應(yīng)力的消除而進(jìn)行螺座端面的加工。

3 方案的制定及試驗(yàn)

3.1 制定工藝方案

通過(guò)以上分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研，我們開(kāi)始從改變齒輪箱現(xiàn)有工藝為突破點(diǎn)展開(kāi)了工作，通過(guò)認(rèn)真分析研究，最后制定出了以下的解決方案。

ss7c型機(jī)車齒輪箱整箱如圖3所示。

圖3 齒輪箱整箱

工藝方案決定在現(xiàn)有的工藝方法不變的情況下對(duì)原有工藝路線進(jìn)行改進(jìn)，工藝改進(jìn)后的工藝路線：

齒輪箱半箱焊接→銑合箱面→合箱→整箱鏜領(lǐng)圈孔→組焊齒輪箱各螺座→整體退火→加工螺座螺紋→檢驗(yàn)。

改進(jìn)后工藝路線看似大致相同，其實(shí)卻有本質(zhì)的區(qū)別，最根本的就是后一種路線解決了機(jī)加工后不再有焊接工序的問(wèn)題，即避免了前一工序由于焊接螺座而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，因?yàn)樗暮附勇葑墓ば蛟谕嘶鹎耙呀?jīng)完成。

另外，由于齒輪箱是薄板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，致使容易變形，而對(duì)于整體退火后加工螺座，不僅解決了原來(lái)焊接螺座后加工前未退火的問(wèn)題，而且整體退火加工有利于螺座加工尺寸的保證，減少了齒輪箱安裝不上的問(wèn)題。

3.2 試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，在齒輪的基本要求中，最關(guān)鍵的一條就是不能漏油，因此對(duì)齒輪箱的合箱面（上、下箱的結(jié)合面）的要求很高，其次要求半箱兩側(cè)板內(nèi)側(cè)距離偏差不能超過(guò)±1mm，表1為齒輪箱上、下箱結(jié)合面間隙尺寸和半箱兩側(cè)板內(nèi)側(cè)距離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)五個(gè)齒輪箱的尺寸的測(cè)量，均能滿足圖紙要求，因此證明這種工藝方法是可行的。然后對(duì)其它車型也進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，均能滿足要求。

3.3 實(shí)際效果

通過(guò)此工藝的改進(jìn)，機(jī)車齒輪箱的裂紋問(wèn)題得到了有效解決，提高了齒輪箱的使用壽命，為公司挽回了經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)為齒輪箱的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化做出了貢獻(xiàn)。最后所有的機(jī)車焊接齒輪箱使用了整體退火的工藝方案，解決了類似問(wèn)題，得到公司的認(rèn)可和獎(jiǎng)勵(lì)。

4 工藝難點(diǎn)和啟示

4.1 工藝的難點(diǎn)

1）工藝概念的突破，因?yàn)榇斯に嚫倪M(jìn)應(yīng)用了同一工藝焊接件加工前需退火理論的兩個(gè)矛盾方面，在加工半箱合口面時(shí)恰好焊接件沒(méi)有消除應(yīng)力就加工，違背了焊接件加工前需進(jìn)行去應(yīng)力處理的基本原則，而在后面的螺座加工時(shí)卻是專門為符合這一原則而特意改變了工序，因此往往會(huì)讓人首先排除這種做法。

2）對(duì)于合口面未進(jìn)行熱處理就加工，往往會(huì)損壞刀具，另外怕加工完的合口面不能滿足要求，因?yàn)辇X輪箱的合口面的間隙要求不能超過(guò)0.02mm,否則就會(huì)漏油，因此作為工藝人員覺(jué)得技術(shù)上可能行不通，就排除此工藝方法。

4.2 啟示

1）作為一名合格的工藝工程師，一定要面對(duì)具體問(wèn)題進(jìn)行深入細(xì)致的研究，不要想當(dāng)然的從一開(kāi)始就下結(jié)論，否定某種工藝方法，有時(shí)可能所否定的正是解決問(wèn)題所要的正確方法。

2）作為一名合格的工藝工程師，一定要善于分析問(wèn)題，不要被定勢(shì)思維所左右，要抓住所要解決問(wèn)題的核心，不要停留在表面，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行判斷分析。

5 結(jié)論

1）通過(guò)此次工藝改進(jìn)達(dá)到了圖紙要求,從根本上消除了齒輪箱裂紋的產(chǎn)生,省去了返修費(fèi)用；

2）整體退火加工有利于螺座加工尺寸的保證，提高了齒輪箱的標(biāo)準(zhǔn)化率和齒輪箱的產(chǎn)品化、市場(chǎng)化；

3）此次工藝的改進(jìn)從技術(shù)上突破了機(jī)車焊接齒輪箱從設(shè)計(jì)生產(chǎn)以來(lái)半箱焊接退火的工藝上的缺陷,具有創(chuàng)新意義，解決了長(zhǎng)期以來(lái)的工藝慣性問(wèn)題；

4）從工藝學(xué)的角度，應(yīng)該綜合考慮影響產(chǎn)品質(zhì)量的各方面因素，有時(shí)甚至需要犧牲某個(gè)工序的成本來(lái)滿足別的比較難保證工序的完成。

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