以车代磨在轴承外圆加工中的应用概要.docx

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以车代磨在轴承外圆加工中的应用概要

以车代磨工艺在差速器壳轴承外圆加工中的应用

Byturninginsteadofgrindingprocessintheapplicationofdifferentialshellcylindricalbearingprocessing

摘要

在传统的加工方法中，车削只是用来进行淬火前的粗加工，而在零件的精加工上，一般会选择磨床。

差速器是汽车行走机械传动系统的重要组成部件，其作用是使左、右驱动轮以不同的速度旋转，以获得良好的转向性能。

某厂利用磨削加工工艺无法解决轮间差速器壳轴承外圆同轴度以及被动轮端面跳动度问题，并且零件加工效率低，加工路线长，劳动强度大，同时相对增加了机床维护费用及生产现场安全隐患。

为了解决以上问题，某厂进行了“以车代磨”的差速器零件加工工艺的试验。

从此，该工序在数控车床上加工，采用三爪卡盘定位，不论设备还是工装都比原工艺所采用的稳定，能在很大程度上提高产品质量，且节省了大量人力、物力资产。

关键词：

差速器轴承外圆以车代磨磨削同轴度

Abstract

Inthetraditionalprocessingmethod,turningjustusedforquenchingbeforetheroughmachining,andinpartsofthefinishing,thegeneralwillchoosegrindingmachine.Differentialiswalkingcarmechanicaldrivesystemistheimportantcomponentparts,itsfunctionistomakeleft,rightdrivingwheelindifferentspeedrotation,togetgoodsteeringperformance.Afactoryusinggrindingprocessingtechnologycannotsolvebetweenwheeldifferentialshellbearingcylindricalcoaxialdegreeandpassivewheelfacerunoutdegree,andpartsprocessingefficiencyislow,theprocessingroutelength,laborintensity,andatthesametime,relativeincreasedmachinemaintenancecostandproductionsitesafetyhiddentrouble.Inordertosolvetheaboveproblem,aplant\"tothecarandgrinding\"differentialpartsprocessingprocessofthetest.Fromnowon,thisprocessinthenumericalcontrollatheinprocessing,theuseofthreejawchuckpositioning,regardlessofequipmentortoolingarebetterthantheoriginalprocessthestability,canlargelyimprovethequalityofproducts,andsavealotofmanpowerandmaterialresourcesassets.

Keywords:

differential,cylindricalbearings,Turningforgrinding,grinding,alignment

1.车削、磨削工艺的现状与发展

1.1磨削工艺的现状

图1外圆磨床图2普通磨床

在传统的加工方法中，车削只是用来进行淬火前的粗加工，而在零件的精加工上，一般会选择磨床，以便达到更高要求的表面光洁度。

即使在20世纪80、90年代，淬火后的精加工还只能采用磨削工艺，而车削也只能加工硬度不大于HRC55的工件，这间接上造成了磨床对零件精加工的“垄断”地位，结果导致：

磨床不仅价格高，生产成本高，而且效率也比较慢。

因此，多年来，人们不断研究改进，希望能找出更好的加工方法。

1.2以车代磨工艺的现状与发展

图3数控车床图4数控车床

以车代磨是指用车削的工艺方法作为淬硬钢的最终加工或精加工。

通常，车削只是淬火前进行的粗加工。

直到20世纪90年代前，淬火后的精加工还只能采用磨削工艺，而车削也只能加工硬度不大于HRC55的工件。

随着高硬度切削材料和相关机床的发展，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬质合金刀具在新型车床或车削加工中心上对淬硬钢进行车削，其加工质量可以达到精磨的水平。

大多数硬车的应用是替代磨削，目前，车削的硬度极限可达到HRC68，在发达国家硬车技术已被普遍应用，可加工各种零件，是代替磨削的经济性加工工艺。

汽车制造业的大多数零件是在热处理后进行最终精度或形状的加工，硬车削正作为替代磨削的一种经济性方法在普及。

目前，国外越来越多的企业已认识硬车削的优点，而国内还是以磨削的方法为主，主要是由于刀具的成本问题，使很多企业仍把它看作为一种昂贵的工艺。

1.3以车代磨与磨削工艺的比较分析

与磨削相比，以车代磨技术比磨削具有更高的加工效率。

在硬车削中，往往采用大切削深度、高的工件转速，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍，所消耗的能量却只有磨削的1/5。

此外，在磨床加工中，砂轮的更换一般需要30分钟或更长时间，而EMAGVL系列、VSC系列车床的换刀可在瞬间完成，并且不需要修正砂轮切削轮廓，没有更换、修正砂轮必需的生产时间的损失，机床的利用率要高，效率可快至磨削加工的3倍。

在相对较高的进给率下，磨削可得到良好的表面光洁度，但是以车代磨技术可以以更高的金属切除率获得同等或类似的表面光洁度，同时，在硬车削中，生产的大部分热量都被切削带走，不会产生像磨削加工的表面烧伤和裂纹，具有优良的加工表面质量和加工表面精度。

在生产效率相同的情况下，车床的投资仅占磨床的五分之一左右，且辅助系统费用更低。

磨削需要多次安装或多工序生产，相比之下，车床本身就是一种加工范围很广的柔性加工方法，尤其是对于齿轮、轮毂等多品种小批量生产而言，采用CNC车床，利用其配备的多种刀具转盘或刀库，硬车削可无需再加其他特殊设备，却可以容易地实现多种不同工件之间的加工转换，且工件装夹快速、准确。

与磨削相比，因配有刀库，车削加工一次装夹可完成多种表面加工，如车外圆、车内孔、车槽或断面等等，因而无停机等辅助时间，加工表面精度也更高。

图5工装夹具

2.磨削工艺在差壳轴承外圆加工中的现状

2.1差壳轴承外圆加工中磨削工艺的简述

差速器左右两半壳在半精车小端外圆后分别留余量，然后将两半壳按工艺装配，合件在外圆磨床上磨削加工。

一方面由于该工序所采用的设备本身精度较低，另一方面由于磨外圆的工装为芯轴、弹簧套定位，弹簧套一旦磨损则涨力不均，造成定位不稳定，直接影响了差速器壳总成轴承外圆的同轴度及被动轮端面的跳动度，且该工装维修频繁，经常影响生产。

图6磨削轴承外圆工艺图纸

2.2磨削在差壳轴承外圆加工中存在的问题

轮间差速器壳轴承外圆同轴度以及被动轮端面跳动度长期以来不能满足工艺要求，工艺要求同轴度φ0.06，跳动度0.04，现场加工过程中80%的产品能保证同轴度为φ0.14，跳动度为0.07，剩余20%的产品还会超出很多。

图7磨削现场加工图图8磨削现场加工图

3．以车代磨工艺在差壳加工中的应用

3.1以车代磨工艺开发的背景及目的

差速器是汽车行走机械传动系统的重要组成部件，其作用是使左、右驱动轮以不同的速度旋转，以获得良好的转向性能。

整体闭合式差速器的结构具有典型性，传统的加工工艺通常是采用普通车床粗车毛坯，然后采用磨床以内孔定位来加工各外圆及端面，保证其形位公差及表面粗糙度。

这种磨削加工工艺无法解决轮间差速器壳轴承外圆同轴度以及被动轮端面跳动度，并且零件加工效率低，加工路线长，劳动强度大，同时相对增加了机床维护费用及生产现场安全隐患。

为了解决以上问题，进行了“以车代磨”的差速器零件加工工艺的试验。

3.2在差壳加工中以车代磨工艺开发的过程简述

撤销原工艺方案中的合件加工工艺，将半壳加工工艺中半精车外圆、端面改为精车外圆及端面。

由于该工序在数控车床上加工，采用三爪卡盘定位，不论设备还是工装都比原工艺所采用的稳定，能在很大程度上提高产品质量，且节省了大量人力、物力资产。

同时，为保证粗糙度0.8的要求，精车刀片由原来的CNMG120404-PF4015改为修光刃刀片CNMG120412-WF4015。

图9差壳小端轴承外圆加工工艺图图10差壳大端轴承外圆加工工艺图

起初，通过小批量（30套）试切，100％测量，有一件同轴度为φ0.02，有一件同轴度为φ0.08，90%以上的工件同轴度在φ0.045～φ0.06之间，较为稳定，基本满足工艺要求，另外端面跳动度在0.02～0.03之间，完全满足工艺要求。

至于个别同轴度偏高或者偏低的，有多方面的原因，如：

毛坯硬度不均、外协加工后余量不均等，这些问题我分部已在后期的加工过程中，通过修改切削参数、走刀次数以及稳定毛坯硬度等方面获得了解决。

图11车削小端图12车削大端

3.3以车代磨工艺的优点

3.3.1节省两台外圆磨床30.8×2=61.6（万元）（外圆磨床单价参考设备动能室设备台帐）；

3.3.2，废品率由原来的0.06％降低为0，则年可节约成本100000×0.12%×256.75=3.08（万元）；

3.3.3，节约工时17.4/60×5（元/小时）×100000（套/年）＝14.5（万元）；

3.3.4，年节约刀具费用以及切削液费用1.1+0.4=1.6（万元）

3.3.5，节约工装制造及维修费用3415+3598=0.7（万元）

（以上工装、刀具、产品材料价格参考公司内部的MES系统。

）

3.3.6，精车轴承外圆刀片由原来的CNMG120404-PF4015改为修光刃刀片CNMG120412-WF4015后，刀具费用由原来的1.67片/百件降低为现在的0.83片/百件，按日产550套STR轮间差速器壳计算，年可节约刀具费用：

550×2×300×（1.67片/百件×56.35元/片-0.83片/百件×66.92元/片）=12.7（万元）

4．以车代磨在差壳轴承外圆加工中的应用推广价值

4.1.提高加工效率高

以车代磨所用刀具（修光刃刀片CNMG120412-WF4015）的成本比传统车刀一般要高，但与磨削相比，以车代磨比磨削具有更高的加工效率。

以车代磨往往采用大切削深度、高的工件转速，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍；其所消耗的能量也只有磨削的1/5，每个零件的刀具成本低于磨削。

另外更换砂轮一般需要30min或更长时间，以车代磨换刀能在两分钟之内完成，并且不需要修正砂轮切削轮廓，没有更换、修正砂轮必需的生产时间的损失，机床的利用率要高。

4.2.设备投资少，维护费用低，适合柔性生产要求

在生产率相同时，车床的投资只是磨床的1/3～1/10，其辅助系统费用也较低。

车床本身就是一种加工范围广的柔性加工方法，对于多品种小批量生产而言，采用CNC车床，利用配备的多种刀具转盘或刀库，硬车削无需要其他特殊装备，很容易实现多种不同工件之间的加工转换，并且工件装夹快速。

另外与磨削相比，以车代磨能更好地适应柔性化批量生产要求，采用车削加工时一次装夹可完成多种表面加工（如车外圆、车内孔、车槽及端面等），因此其辅助时间短，加工表面之间的相对位置精度高。

相比之下，磨削则需要多次安装或多工序生产。

4.3.以车代磨可使零件获得良好的表面加工质量

虽然磨削在相对较高的进给率下能够得到良好的表面光洁度，但用修光刃刀片CNMG120412-WF4015“以车代磨”能以明显更高的金属切除率获得同等或更好的表面光洁度。

以车代磨中生产的大部分热量被切屑带走，不会产生像磨削加工的表面烧伤和裂纹，具有优良的加工表面质量，有精确的加工圆度，能保证加工表面精度。

4.4.以车代磨是洁净加工工艺

以车代磨是通过从工件上“剥”软化的切屑来有效地去除金属。

在大多数情况下，以车代磨无须冷却液，而使用冷却液会给刀具寿命和表面质量带来不利影响。

因以车代磨是通过使剪切部分的材料退火变软而形成切削的，若冷却率过高，则会减小由切削力而产生的这种效果，从而加大机械磨损，缩短刀具寿命。

这有助于消除使用冷却液引起的破坏环境的问题，降低废液的处理成本。

同时，硬车削可省去与冷却液有关的装置，降低生产成本，简化生产系统，形成的切屑干净清洁，比磨削容易回收处理。

4.5.具有广泛的适用性

根据目前市场的多样化，公司内的产品也一直在改型，由原来的普通STR系列差速器，逐渐升级为加强型差速器，再到后期的强化型差速器，一直到目前的AC系列差速器。

自以车带磨技术在公司内普通型STR系列轮间差速器上应用成功后，该技术在后期的产品中也得到了广泛的应用，并且经济效益良好。

5.结束语

5.1.“以车代磨”工艺在差速器壳零件加工中应用成功后，解决了因轴承外圆跳动超差而引起的主减速器中主被动齿轮啮合间隙超差的现象，提高了差速器壳的产品质量，此工艺比磨削更能保证产品表面加工精度。

5.2.“以车代磨”工艺节省了刀具、切削液以及工装费用，使产品的废品率降为0。

5.3.“以车代磨”工艺是绿色环保切削工艺，解决了使用冷却液引起的破坏环境的问题，降低了废液的处理成本。

以车代磨工艺在差速器壳轴承外圆上的成功应用，为公司差速器壳的加工提供了新的思路与方法，提高了生产效率与加工质量。

在今后的生产过程中，要继续研究探索，使该工艺不断优化成熟。

6.致谢

本项目是在众多技术人员的帮助下精心完成的。

在此，特别感谢山特维克公司为本项目的完成所提供的指导。

在这里也同时感谢桥箱公司的同事，在项目的进行过程中，他们给予了很大的帮助。

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（1）:

39～43￥