羅國云

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，四川 自貢 643011)

輥壓齒產(chǎn)品是一種柱狀球齒類硬質(zhì)合金產(chǎn)品，需精磨后按一定要求鑲嵌在大直徑鋼質(zhì)滾筒外圓上使用，工作環(huán)境惡劣，柱面和球面均要求與鋼質(zhì)滾筒貼合，因此，需對燒結(jié)后的硬質(zhì)合金產(chǎn)品進(jìn)行成品加工，才能滿足使用要求。本文主要闡述輥壓齒成品加工工藝的改進(jìn)，針對傳統(tǒng)加工工藝成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低、容易出安全事故等問題，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)，通過成型砂輪改進(jìn)，減少鉗工在拋光機(jī)上手工修研球面與外圓柱的過渡區(qū)，并獲得國家專利局復(fù)合砂輪的專利授權(quán)(專利號：201710857225.2 201721246515.5)，由原來的四道工序縮減為現(xiàn)在的三道工序；通過加工工藝改進(jìn)，在輥壓齒成品加工試驗可行、合理的基礎(chǔ)上，再利用閑置普通多用磨舊設(shè)備進(jìn)行改造等方法，由原來的人工手動單人單機(jī)操作，改進(jìn)為數(shù)控自動化操作。降低了加工成本，加工產(chǎn)品一次送檢合格率99%以上，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了數(shù)控自動化加工，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)，填補(bǔ)了我國輥壓齒成品加工數(shù)控自動化加工空白。

1 輥壓齒產(chǎn)品成品加工技術(shù)要求

外圓柱面直徑公差0.02 mm，柱面錐度0.005，Ra0.8 μm；

總高±0.2 mm，底面Ra1.6 μm；

球面R：-0.05～-0.20 mm，球冠高：+0.6～+1.50 mm，球面Ra1.6 μm。

球面與外圓柱面過渡區(qū)圓滑平緩。

圖1 輥壓齒產(chǎn)品成品加工圖

2 傳統(tǒng)輥壓齒成品加工工藝

傳統(tǒng)加工工藝采用無心磨外圓、平面磨底面、多用磨球面、鉗工在拋光機(jī)上手工修研球面與外圓柱的過渡區(qū)，四道工序均單人單機(jī)操作；尤其是多用磨球面和鉗工修研過渡區(qū)，為了充分提高效率，采用帶間隙的筒式專用工裝，不停機(jī)手動裝卸產(chǎn)品和加工操作。由于工裝存在間隙，加工中容易產(chǎn)生球面偏心，產(chǎn)品質(zhì)量保障度差，有近20%的產(chǎn)品球面需返工；同時，由于采用旋轉(zhuǎn)狀態(tài)不停機(jī)裝卸產(chǎn)品，容易出現(xiàn)絞傷、劃傷等的安全事故；而且人工手動操作，單人單機(jī)，屬粗放式人員密集型加工，加工成本高，產(chǎn)量低，只能通過不斷地加班加點(diǎn)來確保訂單需求和降低成本。

3 改進(jìn)后的輥壓齒成品加工工藝

3.1 輥壓齒產(chǎn)品外圓柱面的加工工藝改進(jìn)

針對輥壓齒產(chǎn)品的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的實際情況，采用普通無心磨MT1040加工。我們通過比較，認(rèn)為推板式自動送料機(jī)適用于無心磨加工，一人多機(jī)，班產(chǎn)量可達(dá)2000件，提高了勞動生產(chǎn)率，確保數(shù)控多用磨的產(chǎn)能需求。

加工產(chǎn)品經(jīng)過檢測，外圓直徑公差達(dá)到0.02 mm的要求，柱面錐度0.003 mm，表面粗糙度Ra0.4 μm,優(yōu)于產(chǎn)品技術(shù)要求。

3.2 輥壓齒產(chǎn)品底面加工工藝改進(jìn)

針對輥壓齒產(chǎn)品呈柱狀的特點(diǎn)，采用普通平面磨M7130加工，并設(shè)計制作專用工裝器具。以無心磨加工后的外圓柱面為基準(zhǔn)，根據(jù)外圓柱直徑尺寸大小，在平面磨工作磁臺上采用專用工裝器具呈品字形將產(chǎn)品成組裝夾牢固，一次性排列42～48件，成組加工，產(chǎn)品高度一致性好，高度極差≤0.05 mm，為后續(xù)球面磨削提供基準(zhǔn)；班產(chǎn)量可達(dá)1500件；投入2臺平面磨床，與數(shù)控多用磨產(chǎn)能匹配。

3.3 輥壓齒產(chǎn)品球面加工工藝探討

3.3.1 球面加工方法及工藝試驗

我們通過外圓砂輪范成球面加工、內(nèi)圓砂輪范成球面加工、樹脂成型砂輪修整加工、電鍍成型砂輪加工等方法分別進(jìn)行工藝試驗比較，具體情況如表1。

通過表1四種球面加工方法比較，電鍍成型砂輪加工方法[1]加工的產(chǎn)品尺寸一致性、表面粗糙度、加工效率、加工成本等綜合效率最佳，所以選定電鍍成型砂輪加工。

3.3.2 設(shè)備改造方案

在球面加工工藝可行的基礎(chǔ)上，針對輥壓齒產(chǎn)品的球面特點(diǎn)，提出兩種設(shè)備改造方案：

第一種方案：對舊設(shè)備2M9120進(jìn)行數(shù)控化改造，實現(xiàn)數(shù)控加工；采用智能機(jī)械手裝卸產(chǎn)品，實現(xiàn)自動化加工。

表1 球面加工方法及工藝可行性分析表

第二種方案：對舊設(shè)備2M9120進(jìn)行數(shù)控化改造，實現(xiàn)數(shù)控加工；采用氣缸推送料方式，自主設(shè)計裝卸料機(jī)構(gòu)，分步實現(xiàn)自動化加工。

兩種方案的區(qū)別在于自動裝卸料部分，第一種方案是整套購買智能機(jī)械手，技術(shù)成熟，但投資額大；第二種方案是采用氣缸推送料方式，自主設(shè)計裝卸料機(jī)構(gòu)，分步實現(xiàn)自動化，能夠滿足生產(chǎn)需求，優(yōu)點(diǎn)是投資額小。具體成本核算見表2。

表2 投資方案明細(xì)及對比分析

通過以上分析，在滿足Q/62071126-8《輥壓機(jī)齒外委加工相關(guān)工藝質(zhì)量要求》的基礎(chǔ)上，從性能價格比出發(fā)，我們優(yōu)選第二種方案。

方案實施后，通過加工試驗，對料盒、支架等進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)，從升推料、送料、夾緊、粗精磨動作、卸料等環(huán)節(jié)進(jìn)行三維模擬，對每個動作的時間進(jìn)行核算；從單段動作設(shè)計、單段運(yùn)行，再到各步驟動作連貫，實現(xiàn)連續(xù)加工。通過試驗、改進(jìn)、再試驗、再改進(jìn)等持續(xù)優(yōu)化，結(jié)合具體產(chǎn)品余量和燒結(jié)變形情況，加工時間由最初的每件46秒，縮短為24秒至27秒。球面R尺寸-0.05～-0.12 mm；球冠高度0.6～+1.2 mm；球面表面粗糙度Ra1.0μm。球面加工質(zhì)量優(yōu)于產(chǎn)品技術(shù)要求。

3.4 輥壓齒產(chǎn)品球面與外圓柱面過渡區(qū)的加工工藝探討

傳統(tǒng)加工工藝是由模具鉗工在拋光機(jī)上手動修整圓滑。缺點(diǎn)是存在安全隱患(拋光機(jī)旋轉(zhuǎn)不停，人工手動裝卸產(chǎn)品)；質(zhì)量不穩(wěn)定(人工手動修整技能差異)；成本高。

改進(jìn)后的加工工藝是通過設(shè)計、制作專用球面砂輪[2]，并獲得國家專利局復(fù)合砂輪的專利授權(quán)(專利號：201710857225.2 201721246515.5)粗、精磨結(jié)合，將球冠與柱體之間的過渡段一并帶出[3]，減少鉗工修研，降低了加工成本；加工產(chǎn)品一次送檢合格率99%以上，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了數(shù)控化自動加工。

4 結(jié)論

綜上所述，我們通過對輥壓齒產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行分析，針對外圓精度、底平面垂直度、球面及過渡區(qū)的處理等過程中的相關(guān)問題，實現(xiàn)了工藝改進(jìn)，解決了輥壓齒成品加工的關(guān)鍵——球面加工。通過設(shè)計、制作專用成型砂輪，并獲得專利(專利號：201710857225.2 201721246515.5)，粗、精磨結(jié)合，將球冠與柱體之間的過渡段一并帶出，減少鉗工修研。由傳統(tǒng)工藝的四道工序減少為三道工序，同時，球面加工復(fù)合砂輪的應(yīng)用，均勻化了精磨階段的加工余量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，一次送檢合格率99%以上，并延長了砂輪壽命，降低了加工成本，提高了加工效率，實現(xiàn)輥壓齒數(shù)控化自動加工，確保輥壓齒產(chǎn)品球面一致性。

在工藝可行的基礎(chǔ)上，通過少量投資，將廢舊設(shè)備2M9120改造為數(shù)控設(shè)備，實現(xiàn)了輥壓齒成品加工數(shù)控自動化。通過對外圓柱面、底面、球面等加工工序的工藝探索，形成了“輥壓齒成品加工數(shù)控自動化生產(chǎn)線”，形成了Q/62071126-8 Z12101.1-2020《輥壓齒成品加工作業(yè)指導(dǎo)書》等相關(guān)技術(shù)文件。

新工藝實施后，由原來的單人單機(jī)操作改進(jìn)為一人多機(jī)操作，操作人員由原來的16人減少為現(xiàn)在的7人，班產(chǎn)量由原來的500件，提高為現(xiàn)在的2000件以上，極大地提高了勞動生產(chǎn)率。生產(chǎn)成本由原來的3.22元/件降低為現(xiàn)在的1.38元/件，加工成本降低57.14%；按年需求120萬件計算，年降低加工成本220.8萬元，產(chǎn)品一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品市場競爭力。