洗衣機(jī)內(nèi)筒軸加工工藝優(yōu)化

趙海霞

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430068）

1 零件概述

1.1 零件基本情況

洗衣機(jī)內(nèi)筒軸，它與洗衣機(jī)滾筒支架相連，支架為壓鑄鋁合金件，壓鑄時(shí)將內(nèi)筒軸放入壓鑄機(jī)，將支架與內(nèi)筒軸壓鑄為一個(gè)整體。軸的另一端與皮帶輪相連，或者與洗衣機(jī)電機(jī)直聯(lián)，傳遞扭矩；軸由兩個(gè)配合的軸承固定在軸承座上。支架結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 支架結(jié)構(gòu)圖

1.2 零件結(jié)構(gòu)要求

洗衣機(jī)內(nèi)筒軸是典型的軸類零件，不同廠家的具體尺寸、設(shè)計(jì)思路、工藝要求會(huì)有所不同，但大致可以分成幾個(gè)部分，零件結(jié)構(gòu)如圖2所示。零件左端為滾花區(qū)域，有的產(chǎn)品也會(huì)要求銑出一段扁，滾花銑扁的目的是為了增加與壓鑄支架之間的接觸面積，保證連接的強(qiáng)度，提高扭矩輸出承載能力。滾花右側(cè)為不銹鋼壓套，洗衣機(jī)工作過程中套上防塵密封圈，不銹鋼目的是為了防銹。內(nèi)筒軸中段主要是軸承檔外圓，通過滾動(dòng)軸承進(jìn)行支承，保證高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的跳動(dòng)精度，減少噪音，提高洗衣機(jī)整機(jī)壽命。內(nèi)筒軸最右端一般是銑扁、內(nèi)螺紋或花鍵，用于安裝皮帶輪或內(nèi)花鍵電機(jī)，要求對(duì)稱度好，螺紋深度要控制。

2 工藝分析

該類零件是洗衣機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)支承的關(guān)鍵零件，高速旋轉(zhuǎn)，傳遞扭矩，工作環(huán)境惡劣，有水氣、灰塵，既要正反旋轉(zhuǎn)，承受交變力矩，還要保證回轉(zhuǎn)精度，以減少噪音、達(dá)到要求的疲勞極限。所以該類零件尺寸精度、幾何精度要求高，零件的主要技術(shù)要求分析如下。

2.1 壓花處要求

壓花要符合國標(biāo)GB/T6403．3-2008，同時(shí)還要保證必須光滑，平均壓花2．5±0．3mm，橢圓度要求符合ISO075-2，與軸中心比較最大斜度為4°，有的是有斜度的壓花，中間銑扁。

圖2 內(nèi)筒軸零件圖

2.2 軸承檔外圓

軸承檔外圓尺寸精度一般為-0．007～0．02mm，有的型號(hào)公差為0．007～0．008mm之間，表面粗糙度為 Ra0．8，圓度要求 0．004 ～ 0．007mm，兩檔外圓之間的同軸度為Φ0．03mm，表面一般需要高頻淬火處理，淬火硬度為50±5HRC，淬火厚度為1±0．5mm。

2.3 花鍵要求

漸開線花鍵符合國標(biāo)GB/T3478．1-1995，與軸承檔外圓的軸心線跳動(dòng)精度0．15mm，花鍵深度公差為0．5mm，控制跨棒距、公法線、齒向齒廓偏差等。

2.4 螺紋

通常為內(nèi)螺紋，也有的型號(hào)為外螺紋，深度精度為±0．1mm，與軸承檔外圓的軸心線跳動(dòng)同軸度0．2mm，控制螺紋的中徑。

2.5 其他要求

各檔軸之間的過渡槽、圓角倒角都有具體要求，圓滑過度，長(zhǎng)度方向誤差為±0．1～0．2mm，未注公差為±0．3mm，未注角度公差±0．5°。除了指定表面硬度要求外，其他表面硬度為200～230HBW。

2.6 軸套要求

軸套加工后壓入內(nèi)筒軸，軸套外圓同軸度為0．02mm，軸套端面與軸承檔外圓端面垂直度為0．05mm，表面粗糙為Ra0．4mm，有一條斜邊，重點(diǎn)控制表面粗糙度Ra=0．5mm，內(nèi)孔與軸為過盈配合，壓鑄時(shí)保證軸套不能松動(dòng)或移位，要有足夠的強(qiáng)度。

3 工藝難點(diǎn)

綜合以上對(duì)洗衣機(jī)內(nèi)筒軸的結(jié)構(gòu)功能、技術(shù)要求、工藝分析，需要進(jìn)行工藝革新的難點(diǎn)大致如下。

（1）工件的生產(chǎn)綱領(lǐng)是大批量生產(chǎn)，安排工藝過程必須精簡(jiǎn)有效，避免不必要的工序，而要保證生產(chǎn)效率、加工精度、生產(chǎn)成本，慎重對(duì)待每一個(gè)技術(shù)尺寸要求，合理安排工序。

（2）軸承檔的外圓尺寸精度高，一般公差都在0．008mm，表面粗糙度值小，一般需要外圓磨床或以車代磨處理。

（3）軸承檔外圓一般需要表面高頻淬火，保證硬度與深度指標(biāo)，該項(xiàng)處理為表面熱處理，保證大批量生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性存在很大難度，工藝不穩(wěn)定。

（4）軸套材料一般為304不銹鋼或者2Cr13，馬氏體不銹鋼，它有磁性，熱處理硬度好。需要保證壓套過盈量，確保承受壓鑄時(shí)巨大的推力，圓度、垂直度都有要求，2Cr13材料的壓套表面需要進(jìn)行表面淬火處理，有兩種材質(zhì)需要同時(shí)進(jìn)行表面高頻淬火，增加了表面處理的難度，特別是穩(wěn)定性。

（5）螺紋不僅有中徑要求，還有深度要求。有沉頭孔，同軸度要求高。

（6）臺(tái)階過渡細(xì)節(jié)很多，怎樣加工避免不必要的毛刺，去除去毛刺工序。

（7）每個(gè)工序使用什么樣的刀具，滿足每個(gè)工位2000件以上的產(chǎn)量，保證質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（8）采取哪些工藝改進(jìn)、選擇哪些裝備、工具實(shí)現(xiàn)車端面、打中心孔、鉆孔、攻絲、漸開線花鍵、粗精車外圓、銑扁、磨削外圓這些關(guān)鍵加工步驟的的效率提升，提高產(chǎn)能，人員雇傭率的下降。

（9）如何管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行有效的質(zhì)量管理，使用合理的檢測(cè)量具，提高檢測(cè)效率、嚴(yán)格把控生產(chǎn)質(zhì)量，提升相應(yīng)的過程能力CPK等指標(biāo)，通過產(chǎn)品廠家對(duì)供應(yīng)商的審核。

（10）如何調(diào)配好設(shè)備資源，以最少的投入，換來最佳經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)公司自由現(xiàn)金流的最大化。

4 工藝優(yōu)化

工藝優(yōu)化本身是一個(gè)相對(duì)的概念，主要遵循工藝的適合性，投入成本低、易于實(shí)現(xiàn)，快速提高產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本，質(zhì)量保證穩(wěn)定、提升產(chǎn)品性能等一些基本原則，只有做相應(yīng)的比較才能說明。洗衣機(jī)內(nèi)筒軸是一個(gè)大眾型機(jī)械加工產(chǎn)品，不同類型的廠家加工工藝有著很大差異，甚至不同的加工工藝之間存在相互矛盾。本文主要根據(jù)對(duì)公司為小型加工制造企業(yè)，裝備普通設(shè)備，適當(dāng)投入，緊跟市場(chǎng)新工藝思維，展開適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，較好的解決了很多工藝難點(diǎn)，現(xiàn)將主要的工藝優(yōu)化總結(jié)如下。

（1）毛坯選擇。內(nèi)筒軸的材料為45鋼，毛坯如果選擇普通棒料，缺點(diǎn)有：①普通棒料表面有氧化層，存在圓度誤差，不便于后續(xù)數(shù)控車床彈簧夾套的裝夾，裝夾效率、質(zhì)量穩(wěn)定性不高。②外圓尺寸都是走下差，要保證外徑，必須加大材料毛坯直徑，增加了原材料成本?，F(xiàn)采用冷拉的棒料，優(yōu)點(diǎn)有：①外圓直徑根據(jù)零件的具體要求定制，尺寸誤差為0．1mm，而且圓度好，便于快速穩(wěn)定裝夾。②尺寸為最大零件尺寸，不需要車削，減少了工序時(shí)間，節(jié)約成本。當(dāng)然每噸的單價(jià)增加幾百元，最后一段還有料頭，帶有錐度，有很深的夾痕，比需求尺寸小，不能使用，最多能作為料頭使用，但相對(duì)于普通棒料，材料成本、工藝優(yōu)化的生產(chǎn)成本大幅度降低。

（2）車端面打中心孔。原先車端面打中心孔主要采用儀表車床實(shí)現(xiàn)，采用儀表車床的理由有投資成本低、對(duì)工人的技術(shù)要求不高、設(shè)備簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低等，但是缺點(diǎn)在現(xiàn)代大批量生產(chǎn)中缺陷很明顯，如生產(chǎn)效率低、人員占用率高、嚴(yán)重制約產(chǎn)能提高。要想大幅度提升產(chǎn)能，只能更換工藝實(shí)現(xiàn)方式，現(xiàn)將儀表車床更換成車端面打中心孔專用機(jī)床，它可完成自動(dòng)送料、裝夾、定位、端面車削、中心孔鉆削這些工藝動(dòng)作，加工時(shí)間比儀表車床大大減少，而且動(dòng)作連續(xù)、穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率從原先每天800件增加到2000件以上，基本兩臺(tái)設(shè)備只需一人供量、調(diào)試、檢測(cè)。端面車削量、中心孔深度都可靈活調(diào)整，保證軸的總長(zhǎng)。對(duì)于螺紋孔沉頭部分要求，定制成形中心鉆，一次加工成形，并且為后續(xù)鉆孔攻絲、兩頂尖裝夾做好定位基準(zhǔn)。成形刀具及螺紋沉頭孔如圖3所示。

（3）兩頂尖車削裝夾改進(jìn)。軸類零件采用兩頂尖裝夾，符合加工工藝中基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，提高產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的頂尖裝夾工件大都采用雞心夾頭裝夾工件，與車床的撥盤配合，以便傳遞扭矩，這種裝夾方式在大批量快速加工工藝角度看，雞心夾頭卡箍裝夾效率低下，機(jī)床利用率嚴(yán)重不足，工藝改進(jìn)后將主軸頂尖改成端面驅(qū)動(dòng)頂尖，俗稱桃子頂尖。該頂尖的工作原理是彈性的頂尖定位軸心線，利用尾座頂尖的推力，將工件的左端面壓在桃子頂尖的驅(qū)動(dòng)卡爪上，驅(qū)動(dòng)工件，既能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度方向定位，又能實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞，裝夾效率提高3倍以上，裝夾示意圖如圖4所示。但是采用桃子頂尖也有一些缺點(diǎn)，如定位精度沒有普通死頂尖精度高，使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)磨損，降低驅(qū)動(dòng)力，又會(huì)由于磨損程度不一，導(dǎo)致工件出現(xiàn)定位扭曲，影響同軸度、圓度、跳動(dòng)這些關(guān)鍵幾何精度，經(jīng)過不斷摸索，總結(jié)了幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)如下：①新安裝一個(gè)頂尖或頂尖有磨損時(shí)，用車刀進(jìn)行少量車削，一般車削背吃刀量為0．05～0．1mm，刀具鋒利、走刀量減少，以便將頂尖修正。②當(dāng)驅(qū)動(dòng)爪磨損后進(jìn)行必要的修整，具體要求是先磨平端面，然后再修整成線狀，同時(shí)通過觀察軸端面的壓痕，要保證每根線清晰均勻，確保驅(qū)動(dòng)力對(duì)稱穩(wěn)定，不產(chǎn)生軸線扭曲，如果不達(dá)標(biāo)還可重新修整。效果如下圖5所示。③嚴(yán)格執(zhí)行首件檢測(cè)、中間經(jīng)常抽測(cè)工藝記錄，及時(shí)掌握跳動(dòng)數(shù)據(jù)，合理進(jìn)行頂尖更換與修整。

圖3 內(nèi)螺紋及成形中心鉆

圖4 端面驅(qū)動(dòng)頂尖裝夾

圖5 驅(qū)動(dòng)爪裝夾效果判斷

（4）鉆孔攻絲工序改進(jìn)。最初鉆孔攻絲通常的加工方法是利用鉆床、臺(tái)式攻絲機(jī)進(jìn)行，并且通過使用快速虎鉗及改裝虎鉗鉗口，V形定位，改進(jìn)鉆床、攻絲機(jī)電路，增加行程控制進(jìn)行孔深、攻絲深度的控制，集中工位，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣、切削液噴淋、過濾、收集的集中處理，使得區(qū)域集中，多臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作等幾個(gè)方面的工藝改進(jìn)，效率確實(shí)有了提升，設(shè)備利用率提高。但是在整個(gè)軸生產(chǎn)工序中，該鉆孔、攻絲要由兩臺(tái)設(shè)備完成，進(jìn)行兩次裝夾，人員占用率高的缺點(diǎn)明顯。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，現(xiàn)使用鉆孔、攻絲專用機(jī)床，機(jī)床是雙工位，每個(gè)工位四個(gè)工步聯(lián)動(dòng)，鉆孔、攻絲、吹起、裝夾更換零件同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)能從每個(gè)工位500件猛增至3000件以上，而且人員減少為原來的三分之一。為了提高裝夾效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少產(chǎn)品改型時(shí)的裝備時(shí)間，對(duì)設(shè)備檢具又進(jìn)行了如下幾個(gè)改進(jìn)。①將原先的螺釘夾緊，全部改成氣壓自動(dòng)夾緊。②改變軸線方向定位方式，增加定位件的強(qiáng)度、剛性。③由于主軸位置固定，要保證每種產(chǎn)品的孔軸線與內(nèi)筒軸軸線重合，采用快換定位塊，利用燕尾槽與工作臺(tái)配合，更換產(chǎn)品型號(hào)，只需更換快速定位塊，就能快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品改型。④定制螺紋塞規(guī)，自制手柄，裝配時(shí)調(diào)整通規(guī)塞規(guī)深度，降低螺紋塞規(guī)定制費(fèi)用。機(jī)床工序加工圖及快換定位塊如圖6所示。

圖6 鉆孔攻絲加工就快換定位塊圖

（5）漸開線花鍵加工。漸開線花鍵早期的加工工藝一般都是冷擠，只要保證冷擠模具精度，就能保證花鍵精度，尺寸穩(wěn)定性好，設(shè)備簡(jiǎn)單，但仍然是效率低，模具要求高，成本高。現(xiàn)采用搓齒機(jī)，只需根據(jù)具體的花鍵要求，定制相應(yīng)的搓齒板，生產(chǎn)效率提升10倍，搓齒板有效工作時(shí)間長(zhǎng)。漸開線花鍵目前主要有30°和45°兩種壓力角，相對(duì)45°壓力角的搓齒板壽命更長(zhǎng)。

（6）表面高頻淬火。表面高頻淬火是加工中不確定性最大的一個(gè)工序，原因是影響淬火結(jié)果的因素很多，而且對(duì)于軸套材料是2Cr13的材料也要淬火，這就面臨同一工序有兩種類型的材料要淬火。對(duì)于設(shè)備制造廠家，面對(duì)這些問題都無解決方法，經(jīng)過不斷實(shí)驗(yàn)，基本的解決思路有：①調(diào)整加熱圈的直徑及與工件間的間隙。②調(diào)整加熱電流，控制加熱溫度。③調(diào)節(jié)冷卻水流大小及噴水方向。④設(shè)定移動(dòng)速度，協(xié)調(diào)加熱、冷卻、暫停時(shí)間。⑤記錄淬火質(zhì)量、零件材質(zhì)、相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行合理分析，關(guān)注不同機(jī)床間的差異，得出指導(dǎo)性工藝參數(shù)，每次更換產(chǎn)品型號(hào)，做好檢驗(yàn)修正。

（7）銑扁。銑扁的通用加工方法是用銑床，利用快速分度卡盤裝夾工件，該工藝方案缺點(diǎn)還是生產(chǎn)效率低，刀具成本高。現(xiàn)將加工設(shè)備改成自動(dòng)切角機(jī)，將原先的銑削改為車削的形式，兩條邊的裝一把車刀，四條邊的裝兩把車刀，當(dāng)然對(duì)于兩把車刀需要絕對(duì)保證刀尖高度、位置保持幾何關(guān)系，通常采用打表定位的調(diào)整方式。為了將銑扁和倒角一道完成，不增加去毛刺的工序，在原有刀具基礎(chǔ)上，再加裝一把倒角刀，調(diào)整相互位置關(guān)系，以達(dá)到要求，見下圖7所示。

圖7 自動(dòng)車角機(jī)及倒角刀具

5 結(jié)語

沒有絕對(duì)好的工藝，只有更適合的工藝，而工藝改進(jìn)優(yōu)化永遠(yuǎn)沒有盡頭，經(jīng)過對(duì)洗衣機(jī)內(nèi)筒軸生產(chǎn)工藝優(yōu)化，產(chǎn)品產(chǎn)能效率、質(zhì)量、人員等方面都有了很大變化，有一些收獲：①改變加工工藝方法，緊跟市場(chǎng)，合理選擇高效節(jié)能生產(chǎn)裝備，就能增大投入產(chǎn)出比。②相信技術(shù)變革，敢于創(chuàng)新，利用好各類創(chuàng)新工具。③合理調(diào)配挖掘設(shè)備資源，提高設(shè)備利用率。④工藝優(yōu)化是多知識(shí)面的結(jié)合，要努力拓展學(xué)習(xí)領(lǐng)域，融入智能制造、數(shù)字化控制理念。

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