兰孝水;魏孝儒;蒲涛
【摘 要】本文通过对曼桥用的某种高精度调整垫片加工工艺的分析,试验和研究,提出了保证高精度调整垫片形位公差的工艺方法,为高精度调整垫片的加工指出了一条实用的思路. 【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2010(000)005
【总页数】5页(P83-87)
【关键词】高精度调整垫片;分析试验;工艺方法
【作 者】兰孝水;魏孝儒;蒲涛
【作者单位】陕西汉德车桥有限公司;陕西汉德车桥有限公司;陕西汉德车桥有限公司
【正文语种】中 文
0.引言
我公司生产的曼系列轮边减速桥主动轮轴承装配中使用的0100调整垫片（以下简称100垫片），如图1所示。该垫片无论是形位公差还是对尺寸公差要求都非常高，装配中依靠选配该调整垫片来保证主动轮轴承预紧力，设计要求此处的预紧力为10-15N，试验统计该垫片每误差0.01影响轴承预紧力 5-7N。长期以来由于该垫片的加工精度难保证，造成装配中需要多次反复调整，给生产带来很大困难，严重影响着主动轮的装配效率。
1.100调整垫片的结构工艺性分析
100垫片是典型的环状薄垫片，其内径为Φ65，外径为Φ80，厚度要求在尺寸3.5到5.3之间，要求厚度差按0.01分级用于主动轮预紧力的调整，两平面互为基准，平行度 0.01，粗糙度Ra=0.4µm，材料为 65Mn，热处理要求:淬火+回火HRC55-60。
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环状垫片传统的工艺是：冲裁→校平→热处理（淬火+回火）→粗磨→精磨。
从图 1中可以知道，100垫片的环带宽度2a=80-65=15,a=7.5；厚度 t=3.5-5.3；最大厚度为5.3，毛坯厚度为4.2- 6。根据冲压手册冲裁件孔边之间的距离 a受模具强度和冲裁件质量
的限制，其值不能过小，宜取a≥2t（2）的原则，100垫片因为 a=7.5≤2t=8.4-12，所以毛坯冲裁的工艺不可行。
根据平面磨削的工艺特点，平面磨削的尺寸精度（1）可达IT5-IT6，平行度100：0.01，粗糙度Ra0.2--0.4µm。对于 100 垫片来说平行度 80：0.01，尺寸公差为±0.005， Ra=0.4µm从工艺分析上平面磨削完全可以达到图纸要求。所以热处理后的加工可以套用传统工艺。另外由于零件需要在过程中间进行热处理（淬火+回火），且壁厚较薄，工艺中要充分的考虑热处理变形的影响。 2.100垫片的工艺流程和存在的问题
根据上述分析初步制定了如下工艺方案：管料下料→车削→热处理（淬火+回火）→粗磨→精磨。
实际上，按照上述工艺流程加工100垫片时效果却并不理想，特别是平行度难以保证。尺寸公差的合格率也只能达到80%左右。为了解决平行度问题，先后采用了自磨电磁吸盘、多次翻面磨削等措施，收到了一定的效果，解决了尺寸公差的问题，但平行度只能保证在0.05-0.08之间。
3.存在问题的分析、试验和改进措施
3.1 存在问题的分析
为了解决平行度问题我们查阅了工艺手册和相关资料，经过分析讨论认为：从理论上分析上述工艺流程是合理的，选用65Mn管料经过下料、车、淬火+回火等工序，最后采用粗、精磨进行精加工是科学的。
对车削工序和热处理工序进行了跟踪，跟踪发现车削后的平行度在0.05-0.10之间，热处理后的平行度在0.11-0.23之间，说明100垫片在经过车削、热处理后已经发生了翘曲变形。这种变形目前没有很好的解决办法，只能靠磨削来逐步消除。磨削加工时，用反复磨削两个相对的平面来完成，反复磨削加工的次数越多，精度就越高。但是，由于薄垫片的刚性差，容易发生弹性变形，另外磨削过程中的热变形也是影响因素，如不采取有效措施，不管反复磨削多少次，两平面的平行度总是稳定在某一数值上，再也提不高了。经过分析，薄垫片磨削后的平行度问题主要有以下原因：
图2 薄壁工件的定位基面翘曲变形和零件形状误差
a、零件在车削、淬火+回火后产生的翘曲，在磁力吸盘的吸力下被吸平了，卸下后工件又回复了变形。如图2所示。
b、金属磨削过程可分为滑擦、刻划（耕犁）、切屑形成三个阶段。磨削的全过程表现为力和热的作用，磨削时的磨削力会对零件产生挤压变形，磨削热80%传入工件（1），由于磨削速度高，热量来不及传入工件深处，造成零件表层磨削点的瞬间高温达1000℃以上，甚至烧伤工件的表层，而表层以下1毫米处确只有几十度，这样就会在工件表面产生局部的热变形。热变形不仅仅影响到工件的变形，而且还影响磨削用量的变化。如图3所示。
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图3 薄壁工件的热变形和零件形状误差示意图
数字重阵c、磨削平面时，工件靠电磁吸盘定位和夹紧会受到电磁吸盘自身平面度误差的影响，如图4所示。
图4 磁力吸盘安装面的形状误差和零件形状示意图
d、在精密磨削时，由于工作台通电之后引起的热变形不一样，电磁吸盘会发生翘曲变形（3），使零件产生形状误差，如图5、图6所示。
图5 磁力吸盘因通电引起的变形
图6 磁力吸盘变形和零件形状误差
e、由于平面磨削是断续磨削，磨削力、磨削速度、有效砂轮切削深度是变化的，最终的磨量（背吃刀量）等参数的变化会通过影响磨削热、磨削力会使零件产生形状误差，如图3所示。
3.2 改进措施的制定、实施和试验
针对上述第a项原因分析，根据工艺手册采用磨削工件时在工件与电磁吸盘之间垫一层厚 0.5的棉布，当工件受电磁吸盘吸力作用时，棉布被压缩，工件的弹性变形变小，从而在工件上就可磨削出比较平直的平面。如图7所示。
图7 工件与电磁吸盘之间垫棉布示意图
针对第b、e项原因分析，一方面选用合理的磨削参数、磨削次数；另一方面通过砂轮的选用、无进给磨削和充分冷却措施，减小磨削热、磨削力的影响。根据 65Mn淬火+回火 HR
放水阀C55-60，砂轮应选用粒度适中、组织疏松、硬度较软的砂轮，实际粗磨46#；半精磨、精磨选用60#单晶刚玉、硬度为(K)级砂轮。同时在粗磨和精磨之间增加一道半精磨工序（增加磨削次数）。磨削参数选用见表1、表2、表3。
塑木生产线
表1 粗磨时设备（M7130）工艺参数砂轮的转速（m/s） 工作台纵向平移速度（m/min） 背吃刀量（mm/往复行程）粗磨 18 20 0.015
表2 半精磨时设备（M7130）工艺参数砂轮的转速（m/s） 工作台纵向平移速度（m/min） 背吃刀量（mm/往复行程）半精磨 25 25 0.01
表3 精磨时设备（MM7332A）工艺参数砂轮的转速（m/s） 工作台纵向平移速度（m/min） 背吃刀量（mm/往复行程）精磨 30 25 0.005
针对第c、d项原因分析采用电磁吸盘通电时间超过120分钟达到热平衡状态后，对它进行一次光整自磨，消除电磁吸盘的工作台面的自身平面度和热变形的影响。
上述措施实施后，对零件的加工情况进行多次反复的试验验证。经验证上述措施的实施取得了很好的改善，但问题没有得到彻底解决，合格率只有40%左右。
4.存在问题的再分析、试验和改进
4.1 存在问题的跟踪、试验
经过对现场连续生产10盘共计420个零件采集数据分析发现：整体的合格率为36%，每一盘的合格率变化较大，最好的一盘42件中有29件合格，最差的一盘中只有1件合格。而且每一盘的情况都不一样，毫无规律。针对这个问题经过讨论我们设计了两种试验：
一是根据零件翘曲的不同选择在电磁吸盘上按照凹面朝上和凹面朝下两种情况区别做试验，各做三盘126件零件的试验，试验数据如表4、表5所示。
表4 凹面朝上的平面度测量记录0.04 0.025 0.03 0.040 0.023 0.02 0.03 0.013 0.035 0.042 0.05 0.026 0.036 0.026 0.03 0.023 0.025 0.010 0.032 0.025 0.035 0.010 0.045 0.02 0.032 0.035 0.043 0.025 0.038 0.030 0.05 0.035 0.010 0.027 0.028 0.02 0.035 0.035 0.033 0.025 0.025 0.02 0.032 0.04 0.03 0.024 0.04 0.016 0.040 0.010 0.05 0.046 0.02 0.025 0.025 0.032 0.046 0.012 0.035 0.04 0.045 0.032 0.03 0.04 0.03 0.02 0.035 0.045 0.035 0.012 0.035 0.025 0.02 0.034 0.042 0.017 0.012 0.022 0.040 0.032 0.050 0.034 0.
035 0.02 0.035 0.02 0.02 0.027 0.045 0.02 0.034 0.025 0.05 0.032 0.015 0.015 0.026 0.035 0.055 0.025 0.025 0.025 0.04 0.025 0.03 0.02 0.035 0.045 0.025 0.045 0.037 0.055 0.035 0.04 0.038 0.035 0.018 0.025 0.045 0.038 0.03 0.020 0.03 0.034 0.028 0.02
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