張改萍

西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

釤鈷永磁組件崩渣缺陷控制方法研究

張改萍

西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

文章對(duì)某釤鈷永磁磁組件機(jī)械加工流程進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，辨別出組件報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)工序，結(jié)合報(bào)廢表征現(xiàn)象，分析得出崩渣為報(bào)廢主因。通過(guò)判斷可修復(fù)崩渣尺寸、改進(jìn)定位裝夾工裝、優(yōu)化過(guò)程工藝參數(shù)等，改進(jìn)后組件加工質(zhì)量穩(wěn)定，在可修復(fù)崩渣尺寸內(nèi)的崩渣現(xiàn)象得以修復(fù)，合格率由70%提高到90%。

釤鈷永磁；崩渣；可修復(fù)；裝夾工裝；合格率

引言

根據(jù)對(duì)生產(chǎn)線加工跟蹤，了解到某釤鈷永磁組件出現(xiàn)大量報(bào)廢，生產(chǎn)合格率低，嚴(yán)重制約整體生產(chǎn)任務(wù)完成率，多批次重復(fù)性投產(chǎn)給生產(chǎn)線帶來(lái)巨大壓力，同時(shí)造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)；通過(guò)對(duì)組件加工跟蹤統(tǒng)計(jì)，辨識(shí)出報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)工序?yàn)閮?nèi)磨工序，直接影響組件整體合格率。為提高內(nèi)磨合格率，適應(yīng)大批量生產(chǎn)需求，根據(jù)報(bào)廢的表征現(xiàn)象，分析深層原因，通過(guò)判斷可修復(fù)崩渣尺寸、改進(jìn)定位裝夾工裝、優(yōu)化內(nèi)磨工藝參數(shù)，探索出一套切實(shí)可行的工藝方案，改進(jìn)后組件加工質(zhì)量穩(wěn)定，可修復(fù)崩渣尺寸內(nèi)的崩渣現(xiàn)象得以修復(fù)，合格率提高。

1 風(fēng)險(xiǎn)工序確定

釤鈷永磁組件由八個(gè)粉末壓鑄的扇形磁鋼拼接在加強(qiáng)套內(nèi)，通過(guò)樹(shù)脂膠粘接并固化形成；去除組件加工過(guò)程在端面和內(nèi)孔壁形成的膠瘤時(shí)膠層脫落直接撕裂局部磁鋼粉末形成微小崩渣，內(nèi)磨加工時(shí)極易造成原有崩渣擴(kuò)散形成更大崩渣甚至形成貫穿磁鋼厚度方向的裂紋，造成組件報(bào)廢。

2 崩渣現(xiàn)象分析

經(jīng)過(guò)對(duì)內(nèi)磨加工后組件質(zhì)量情況跟蹤統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)以下兩種情況：

（1）加工前棱邊已出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)較大的崩渣，加工后崩渣急劇擴(kuò)散，甚至出現(xiàn)貫穿厚度方向裂紋，此現(xiàn)象造成報(bào)廢數(shù)量相對(duì)較少，不足5%；

（2）加工前棱邊出現(xiàn)肉眼觀察較小、在10倍放大鏡下觀察明顯可見(jiàn)的崩渣，加工后崩渣擴(kuò)散出現(xiàn)隨機(jī)，部分崩渣擴(kuò)散變大、部分崩渣幾乎無(wú)變化、少部分崩渣出現(xiàn)減少甚至消失的跡象。此現(xiàn)象所占比重最大，加工后隨機(jī)出現(xiàn)部分崩渣減小，表明通過(guò)對(duì)加工過(guò)程工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有一定的控制崩渣擴(kuò)散可能性，甚至可以部分修正崩渣帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題，提高組件整體加工合格率。

3 工藝方案的確定

3.1 可修復(fù)崩渣尺寸的判定

磁鋼沿圓周方向拼接成一圈內(nèi)徑φ21.8,組件磨加工后內(nèi)徑為φ22，可知磨加工內(nèi)孔去量在0.10～0.20之間，參照最大化原則，將單邊磨削去量厚度0.1作為判斷磨加工前內(nèi)孔棱邊崩渣大小的依據(jù)。

3.2 定位裝夾工裝

組件磁鋼材料自身的硬脆性決定了加工過(guò)程易崩渣的特點(diǎn)，故為保證加工尺寸及形位精度，定位裝夾過(guò)程考慮到上游研磨已對(duì)兩側(cè)大端面進(jìn)行修研，為方便拆卸組件及加工內(nèi)孔，以組件大外圓及端面定位裝夾，設(shè)計(jì)使用壓胎工裝（圖3）。

工裝結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)：

（1）組件外圓與工裝內(nèi)孔采用間隙配合，內(nèi)孔與基準(zhǔn)面同軸度要求0.01，配合間隙0.01～0.04；

（2）工裝內(nèi)孔與組件接觸面與基準(zhǔn)面垂直要求0.01，避免因端面定位后過(guò)于傾斜造成內(nèi)孔磨加工后整體斜孔。

3.3 砂輪選擇

選擇生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用的白剛玉砂輪和金剛石砂輪，探討不同材質(zhì)砂輪加工釤鈷永磁組件內(nèi)孔的效果。

3.3.1 白剛玉砂輪

選擇砂輪粒度60#、100#進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如下：

砂輪粒度顆粒尺寸（μm）磁鋼內(nèi)孔質(zhì)量單個(gè)砂輪加工數(shù)量（件）100# 160～125 10～15 60# 315～250孔口棱邊崩渣尺寸較小但呈現(xiàn)連續(xù)狀、個(gè)別裂紋貫穿厚度孔口棱邊崩渣較大相對(duì)分散，裂紋貫穿厚度（圖3）加工后砂輪表面表面沙粒脫落，外圓面不光滑表面砂粒脫落嚴(yán)重5～8

結(jié)論：

（1）兩種砂輪所加工組件內(nèi)孔棱邊均出現(xiàn)崩渣；

（2）兩種砂輪單次可加工組件數(shù)量相對(duì)較少，加工過(guò)程需要頻繁修整砂輪；

（3）相對(duì)而言，粒度100#的砂輪較粒度60#的砂輪可加工性稍好，單次修整后可加工件數(shù)多。

3.3.2 金剛石砂輪

結(jié)合白剛玉砂輪試驗(yàn)結(jié)果，直接選擇粒度為100#的金剛石砂輪進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下：

砂輪粒度：100#顆粒尺寸（μm）：160～125

加工后砂輪表面質(zhì)量：表面顆?；緹o(wú)脫落，砂輪外圓表面光滑；

單個(gè)砂輪加工數(shù)量（件）：工藝方案改進(jìn)階段無(wú)修整砂輪；

加工后磁鋼內(nèi)孔質(zhì)量：孔口棱邊崩渣現(xiàn)象明顯降低、裂紋貫穿厚度現(xiàn)象極少發(fā)生，加工前已存在的內(nèi)孔口棱邊崩渣出現(xiàn)無(wú)規(guī)律性擴(kuò)散或者少量修復(fù)。

結(jié)論：

（1）棱邊崩渣問(wèn)題明顯改善，崩渣發(fā)生頻率下降明顯，內(nèi)孔表面質(zhì)量?jī)?yōu)于白剛玉砂輪加工的組件；

（2）過(guò)程修整砂輪次數(shù)急劇降低，單次修整砂輪可加工數(shù)量較白剛玉砂輪成倍增長(zhǎng)；

圖1 定位工裝結(jié)構(gòu)圖

圖2 崩渣擴(kuò)散

圖3 裂紋貫穿

（3）加工前已存在的棱邊崩渣出現(xiàn)無(wú)規(guī)律性擴(kuò)散、部分呈現(xiàn)出可修復(fù)性。

3.4 磨削參數(shù)優(yōu)化

（1）砂輪速度：vs=m/sds—砂輪直徑（mm），ns—砂輪轉(zhuǎn)速（r/min）

結(jié)合砂輪經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)速和砂輪直徑，可得最小轉(zhuǎn)速：nsmin=vs*1000* 60（/）=26539r/min；

根據(jù)機(jī)床主軸額定轉(zhuǎn)速，可得砂輪最小直徑：ds.min=vs*1000* 60（/）=7.96mm；

生產(chǎn)中強(qiáng)制要求當(dāng)砂輪直徑磨損至φ8.3時(shí)必須更換新砂輪。

可推算工件速度范圍：Vwmax=13.8m/min；Vwmin=3.9m/min。

（3）未變形切削厚度acgmax

生產(chǎn)過(guò)程需控制單次進(jìn)給量不大于內(nèi)孔孔壁未變形切削厚度acg，也即：fp≤acgmax=；

式中：acg—未變形切削厚度mm；lz—連續(xù)刃距mm；

式中nw/ns值越小，由此可見(jiàn)，acgmax與nw/ns成正比，與fr成正比，結(jié)合切削過(guò)程已知的工藝參數(shù)，計(jì)算可得：acgmax=0.00218mm acgmin=0.00062mm；故最終選擇fp=0.002mm,可滿足要求。

4 效果驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)線改進(jìn)前后組件加工合格率：改進(jìn)前三組，內(nèi)磨合格率70.6%、71.4%、72.3%，平均合格率71.4%，報(bào)廢原因孔口崩渣、裂紋貫穿；改進(jìn)后三組，內(nèi)磨合格率94.2%、95.6%、93.3%，平均合格率94.4%，報(bào)廢原因崩渣擴(kuò)散。

通過(guò)分析可知：

（1）優(yōu)化前平均合格率71.4%，優(yōu)化后平均合格率94.4%，優(yōu)化后合格率顯著提高；

（2）優(yōu)化后工藝參數(shù)生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，合格率超過(guò)90%達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

結(jié)論

通過(guò)分析釤鈷永磁組件內(nèi)磨報(bào)廢率高的原因，通過(guò)：判斷可修復(fù)崩渣尺寸、改進(jìn)定位裝夾工裝、砂輪選擇、優(yōu)化內(nèi)磨參數(shù)，探索出一套切實(shí)可行的工藝方案，經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)加工狀況統(tǒng)計(jì)，得到以下結(jié)論：

（1）可修復(fù)崩渣尺寸判斷合理，修復(fù)尺寸內(nèi)崩渣現(xiàn)象得到解決，設(shè)計(jì)壓胎工裝定位穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)；

（2）所選擇砂輪材質(zhì)完全滿足組件磨削要求，且極大降低砂輪修整頻率；

（3）優(yōu)化后磨削參數(shù)可滿足大批量加工要求，合格率提高到90%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

[1]方坤凡.工程材料手冊(cè)有色金屬材料卷.北京出版社，2002年2月

[2]郭鎮(zhèn)邦.機(jī)械工程最新基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2000年6月

[3]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2002年1月