■ 車(chē)永平，海俠女

滲碳熱處理是變速器零部件生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵的一環(huán)，實(shí)際生產(chǎn)中，在不改變?cè)O(shè)備參數(shù)、熱處理工藝的條件下，提高生產(chǎn)效率的唯一途徑便是增大裝爐量。不同零件裝量的設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：設(shè)備類(lèi)型、工裝參數(shù)、零件結(jié)構(gòu)、零件熱變形規(guī)律、熱處理技術(shù)指標(biāo)要求等。以我公司熱處理車(chē)間為例，設(shè)備類(lèi)型主要分為兩類(lèi)：多用爐、環(huán)形爐，爐腔的尺寸決定了基礎(chǔ)工裝（基礎(chǔ)料盤(pán)、承重盤(pán)、立柱等）的長(zhǎng)、寬、高；而零件的結(jié)構(gòu)和熱變形規(guī)律決定了零件的備料方式。

結(jié)合零件結(jié)構(gòu)和熱變形規(guī)律，本文將零件的備料方式分為串放與平放。片齒類(lèi)零件首選串放的備料方式，具有裝量大、效率高的特點(diǎn)；對(duì)于異形片齒類(lèi)零件（薄壁件或成品尺寸要求精度高的零件等）則需采用平放的備料方式；軸齒類(lèi)零件主要采用豎放、蹲放、掛放方式。可以認(rèn)為，軸類(lèi)零件的備料方式與齒輪類(lèi)零件的平放備料方式相似，即軸齒類(lèi)零件在高度方向上數(shù)量由軸長(zhǎng)決定，而片齒類(lèi)零件在高度方向數(shù)量由齒輪厚度決定。此外，軸類(lèi)零件和某些平放片齒類(lèi)零件需要進(jìn)行位置約束，因此將平放又以無(wú)約束和定位約束兩種形式加以區(qū)分計(jì)算。

圖1 n/n型串放實(shí)物

一、串放計(jì)算

設(shè)定料盤(pán)的寬度為L(zhǎng)1，長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，高度為L(zhǎng)3。沿寬度方向零件之間的間隙為t1，沿長(zhǎng)度方向零件之間的間隙為t2，沿高度方向零件之間的間隙為t3。

1. n/n型（奇-奇、偶-偶）串放

（1）間隙t3≥0 如圖1所示，假設(shè)條件：①沿高度方向零件之間的間隙t3≥0。②高度方向每層串?dāng)?shù)相等。③零件-零件之間間隙與零件-邊界之間的間隙相同。

數(shù)學(xué)模型及計(jì)算過(guò)程：設(shè)零件的最大直徑為D，厚度為T(mén)，沿寬度、長(zhǎng)度、高度方向所放零件數(shù)量分別為a1、a2、a3，且均為正整數(shù)，間隙值t1、t2、t3≥0。同時(shí)，對(duì)于特定零件及工裝，D、T、L1、L2、L3為已知值。n/n型串放正視狀態(tài)如圖2所示。

首先，L1方向計(jì)算。滿足條件：a1T+t1（a1+1）≤L1

則：t1≤（L1- a1T）/（a1+1）

由于t1＞0時(shí)，a1＜L1/T（t1=0時(shí)情況），且a1為正整數(shù)，則可利用VB分別計(jì)算當(dāng)a1=1到L1/T之間t1值。當(dāng)給定一個(gè)t1區(qū)間時(shí)，自動(dòng)求出t1的最小值，即L1方向上可以擺放零件數(shù)的最大值。

其次，L2方向計(jì)算。滿足條件：a2D+t2（a2+1）≤L2

則：t2≤（L2-a2D）/（a2+1）

由于t2＞0時(shí)，a2＜ L2/D（t2=0時(shí)情況），且a2為正整數(shù)，則可利用VB分別計(jì)算當(dāng)a2=1到L2/D之間t2值。當(dāng)給定一個(gè)t2區(qū)間時(shí)，自動(dòng)求出t2的最小值，即L2方向上可以擺放零件數(shù)的最大值。

再次，L3方向計(jì)算。當(dāng)t3＞0時(shí)，L3方向與L2方向計(jì)算方式相同，此處不再贅述。

最后，裝量計(jì)算。設(shè)零件重量為W1（kg/件），料盤(pán)凈重為W2（kg/爐），料盤(pán)最大承重為W（kg/爐），零件個(gè)數(shù)為F，則實(shí)際生產(chǎn)中必須滿足以下關(guān)系式：W＞F W1+W2，其中F=a1a2a3。

若滿足上述條件，則裝量為F；若不滿足，則零件數(shù)減1，代入上述關(guān)系式，直到滿足條件為止。利用VB的do while循環(huán)進(jìn)行操作，可快速、有效地進(jìn)行計(jì)算。

（2）間隙t3＜0 假設(shè)條件：①沿高度方向零件之間的間隙t3＜0。②高度方向每層串?dāng)?shù)相等。③零件-邊界間隙 Δ＞0，但令其足夠小以至于計(jì)算中忽略不計(jì)。

數(shù)學(xué)模型及計(jì)算過(guò)程：①此種情況的L1、L2方向上的計(jì)算方式與上面類(lèi)似，此處不再贅述。②L3方向計(jì)算。

此種情況時(shí)，高度方向擺放個(gè)數(shù)a3≥2，即a3-1＞0。

滿足條件：a3D+t3（a3-1）+2Δ≤L3

則：|t3|≥（a3D+2Δ-L3）/（a3-1）

如圖3所示，理論上|t3|是上圓A點(diǎn)與下圓B點(diǎn)之間的距離，最大值可以為D。但實(shí)際生產(chǎn)中，|t3|遠(yuǎn)小于D值，因此，令|t3|＜D/2。此時(shí)，當(dāng)上下層圓相切時(shí)，|t3|值最大。

由于a3為正整數(shù)，則可利用VB分別計(jì)算當(dāng)a3=1到2L3/D（|t3|=D/2時(shí)的極限值）之間t3值。當(dāng)給定一個(gè)t3區(qū)間時(shí)（包含于0＜|t3|＜D-H區(qū)間），自動(dòng)求出t3的最小值，即L3方向上可以擺放零件數(shù)的最大值。

此種情況的裝量計(jì)算與以上類(lèi)似，此處不再贅述。

2. n/n+1型（奇-偶）串放

圖4為n/n+1型實(shí)物串放狀態(tài)，圖5為n/n+1型串放正視狀態(tài)。結(jié)合上面的思路，計(jì)算出L2、L3方向上零件個(gè)數(shù)a2、a3，令n=a3/2（高度方向上零件個(gè)數(shù)除于2），則零件總數(shù)F=（a2a3-n）a1，運(yùn)用上面提到的方法進(jìn)行超重判別即可。

圖2 n/n型串放正視狀態(tài)

圖3 n/n型串放

圖4 n/n+1型實(shí)物

二、平放計(jì)算

1. 無(wú)約束放置

無(wú)約束放置主要針對(duì)于片齒輪平放，即L2L1（長(zhǎng)度×寬度平面方向）平面放置，其數(shù)學(xué)模型與串放的L2L3（長(zhǎng)度×高度）平面類(lèi)似，因此，采用類(lèi)似的方法進(jìn)行計(jì)算，此處不再討論。

2. 定位約束放置

（1）設(shè)計(jì)思路 軸類(lèi)零件和部分平放齒輪類(lèi)零件在備料時(shí)需要進(jìn)行約束，軸類(lèi)零件豎放、蹲放、掛放均需要導(dǎo)向盤(pán)、定位孔等工裝輔助，以保證其豎直狀態(tài)；而部分平放齒輪類(lèi)零件則需要定位孔+桿，以防止其在淬火入油位置移動(dòng)導(dǎo)致的磕碰、損傷或淬火不佳等情況。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工裝的定位約束所需的導(dǎo)向盤(pán)進(jìn)行梳理，建立零件尺寸及工裝尺寸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖6所示。對(duì)于報(bào)價(jià)零件，可比較現(xiàn)有零件和報(bào)價(jià)零件的結(jié)構(gòu)，若為類(lèi)似結(jié)構(gòu)，可采用現(xiàn)有導(dǎo)向盤(pán)，根據(jù)導(dǎo)向盤(pán)中孔的數(shù)量及總重量約束，得出零件裝量；如結(jié)構(gòu)差異較大，可重新設(shè)計(jì)導(dǎo)向盤(pán)，得出零件裝量。

圖5 n/n+1型串放正視狀態(tài)

圖6 定位約束放置示意

圖7 n/n型串放

（2）設(shè)計(jì)過(guò)程 該過(guò)程計(jì)算重點(diǎn)主要對(duì)料盤(pán)參數(shù)信息的梳理及管理。將料盤(pán)信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在Access數(shù)據(jù)庫(kù)中，運(yùn)用Adodc、DataGrid控件進(jìn)行后臺(tái)關(guān)聯(lián)，利用ShellExecute方法對(duì)PDF文檔進(jìn)行打開(kāi)操作，以更直觀地顯示料盤(pán)的信息。

三、測(cè)算過(guò)程

為了測(cè)試該計(jì)算系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，選取我公司常用零件的備料裝量進(jìn)行計(jì)算，間隙值根據(jù)零件的性能需求經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，具體過(guò)程如下。

1. n/n型（奇-奇/偶-偶）串放

選取零件進(jìn)行測(cè)算如圖7所示，結(jié)構(gòu)如圖7b所示，計(jì)算過(guò)程如圖7a所示。計(jì)算結(jié)果顯示可擺放齒輪數(shù)量為20個(gè)，與實(shí)際環(huán)形爐備料數(shù)量相同。

2. 無(wú)約束平放

選取零件進(jìn)行測(cè)算如圖8所示，結(jié)構(gòu)如圖8b所示，計(jì)算過(guò)程如圖8a所示。計(jì)算結(jié)果顯示可擺放零件數(shù)量為72個(gè)，與實(shí)際環(huán)形爐備料數(shù)量相同。由于該零件性能要求較高，因此，t1、t2間隙值設(shè)置較大，使其滲碳?xì)夥蘸痛慊疬^(guò)程更加均勻。

3. 定位約束平放

選取零件進(jìn)行測(cè)算如圖9所示，結(jié)構(gòu)如圖9b所示，計(jì)算過(guò)程如圖9a所示，計(jì)算結(jié)果顯示可擺放零件數(shù)量為20個(gè)，與實(shí)際環(huán)形爐備料數(shù)量相同。值得一提的是，導(dǎo)向盤(pán)的最大孔數(shù)為28個(gè)，由于重量約束，其最終的零件數(shù)量限制在20個(gè)之內(nèi)。

使用該系統(tǒng)計(jì)算零件的裝量方式與數(shù)量，在實(shí)際生產(chǎn)中具有較好的可實(shí)施性，在保證零件熱處理技術(shù)指標(biāo)滿足圖樣要求和熱變形規(guī)律趨勢(shì)一致的情況下，最優(yōu)化零件的備料方式。

圖8 無(wú)約束平放

圖9 定位約束平放

四、結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)的建立，簡(jiǎn)化了滲碳熱處理備料過(guò)程裝量計(jì)算的問(wèn)題，對(duì)新產(chǎn)品的備料設(shè)計(jì)及成熟產(chǎn)品的備料優(yōu)化均具有一定的指導(dǎo)意義；使車(chē)間備料工裝進(jìn)行條理化，有助于工裝的統(tǒng)籌管理、使用；將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使備料過(guò)程不局限于經(jīng)驗(yàn)，而是借助于編程軟件的使用，在“兩化”的范疇中指導(dǎo)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡光立，謝希文.鋼的熱處理（原理和工藝）[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1993.

[2] 明日科技. Visual Basic從入門(mén)到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.