某窄轨牵引电机传动端端盖加工工艺提升
2016-08-05余万超 赵育平 刘稼成 杨学军 陈东彪
（南车株洲电机有限公司）
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摘 要：此窄轨牵引电机传动端端盖是一种新型结构端盖，特点是止口为非整圆，有缺口。为腔体内零件，止口处较薄，加工后容易变形。变形量过大装配后容易引起电机异音，影响行车安全。本文主要从工艺方法上控制传动端端盖止口变形，主要从三个方面进行改善，一是增加二次退火工艺，二是加工余量调整，三是改变传统精车工艺方案，从而提高端盖质量，满足设计要求，确保电机质量。
关键词：变形；热处理；非整圆；车削
引言：
端盖的关键位置是轴承室、止口，其中轴承室与轴承配合，其尺寸、粗糙度、相关形位公差都有很高的要求。止口是端盖与定子配合的关键位置，尺寸、同轴度、椭圆度决定装配后电机的质量稳定性。由于端盖为薄壁类腔体零件，止口容易变形，所以工艺对端盖加工止口变形的控制决定了端盖的质量，进而决定电机的质量。
1 原工艺路线及传动端端盖变形情况
此传动端端盖原工艺路线为：铸造→粗加工→焊盖板→精车止口→精车轴承室→铣削→钻削→精整→清洗，特点为非整圆（简图如图一所示），按照此传统的工艺方法进行加工，经统计在端盖全工序加工完成后止口变形量大致在0.1mm，装配时电机异音，无法满足设计要求。传动端端盖简图如下图一所示：
引言：
端盖的关键位置是轴承室、止口，其中轴承室与轴承配合，其尺寸、粗糙度、相关形位公差都有很高的要求。止口是端盖与定子配合的关键位置，尺寸、同轴度、椭圆度决定装配后电机的质量稳定性。由于端盖为薄壁类腔体零件，止口容易变形，所以工艺对端盖加工止口变形的控制决定了端盖的质量，进而决定电机的质量。
1 原工艺路线及传动端端盖变形情况
此传动端端盖原工艺路线为：铸造→粗加工→焊盖板→精车止口→精车轴承室→铣削→钻削→精整→清洗，特点为非整圆（简图如图一所示），按照此传统的工艺方法进行加工，经统计在端盖全工序加工完成后止口变形量大致在0.1mm，装配时电机异音，无法满足设计要求。传动端端盖简图如下图一所示：
2 增加二次退火工艺
经分析，此端盖精加工前有焊接工序，焊接后有焊接内应力，在后续的加工中会逐渐释放出来，特别是精加工后的释放引起止口圆变形成椭圆或多边形，所以在精加工前，将焊接应力尽量释放出来可减少止口变形。因此在焊盖板工序后增加二次退火工艺，主要目的为：提高切削加工性能，消除焊接内应力和进一步消除铸造后残余应力，改善或消除铸、锻、焊时所造成的成份或组织不均，以提高工艺性能和使用性能。
3 对工艺路线进行初步调整，减小精加工切削余量
铸件尺寸一般加工余量为单边5～7mm，粗加工后留精加工余量单边2mm，若一次加工2mm加工余量，切削加工产生切削力过大也会引起止口处变形，现将2mm加工余量，分为两次加工，即将精车工序分为半精车和精车，两次加工余量分别为1.5mm，0.5mm，且半精车、精车加工时间间隔12小时以上，以使半精车加工后端盖止口的变形尽量大，尽量多释放半精车加工产生的应力。更改后的工艺路线为：铸造→粗加工→焊盖板→二次退火→半精车止口→半精车轴承室→精车止口→精车轴承室→铣削→钻削→精整→清洗。增加二次退火及工艺路线调整后端盖数据结果如表一所示：
经分析，此端盖精加工前有焊接工序，焊接后有焊接内应力，在后续的加工中会逐渐释放出来，特别是精加工后的释放引起止口圆变形成椭圆或多边形，所以在精加工前，将焊接应力尽量释放出来可减少止口变形。因此在焊盖板工序后增加二次退火工艺，主要目的为：提高切削加工性能，消除焊接内应力和进一步消除铸造后残余应力，改善或消除铸、锻、焊时所造成的成份或组织不均，以提高工艺性能和使用性能。
3 对工艺路线进行初步调整，减小精加工切削余量
铸件尺寸一般加工余量为单边5～7mm，粗加工后留精加工余量单边2mm，若一次加工2mm加工余量，切削加工产生切削力过大也会引起止口处变形，现将2mm加工余量，分为两次加工，即将精车工序分为半精车和精车，两次加工余量分别为1.5mm，0.5mm，且半精车、精车加工时间间隔12小时以上，以使半精车加工后端盖止口的变形尽量大，尽量多释放半精车加工产生的应力。更改后的工艺路线为：铸造→粗加工→焊盖板→二次退火→半精车止口→半精车轴承室→精车止口→精车轴承室→铣削→钻削→精整→清洗。增加二次退火及工艺路线调整后端盖数据结果如表一所示：
表1
从表上可以看出，传动端端盖变形有所减小，但仍然不能完全满足0.03mm的设计要求。且现场测量结果来看，缺口处尺寸变形较明显。
4 确定新的车削工艺方案，控制缺口处变形
二次退火工艺已消除了大部分焊接工序产生的内应力和进一步消除铸造后的残余应力，再产生的变形还有车削装夹和铣削、钻削工序径向切削力引起的变形，为进一步减少变形，在原工艺流程基础上增加一道精修止口工序，以消除钻削、铣削工序切削力和装夹引起的止口变形以及未消除完全的焊接应力和铸造残余应力，从理论上来讲，精修的加工余量应越小越好。从统计的变形尺寸看，均在0.1mm之内，所以将精修止口的加工余量确定为0.1mm，即在所有工序完成后对前工序加工产生的变形进行消除。新工艺端盖车削数据如表二所示：
4 确定新的车削工艺方案，控制缺口处变形
二次退火工艺已消除了大部分焊接工序产生的内应力和进一步消除铸造后的残余应力，再产生的变形还有车削装夹和铣削、钻削工序径向切削力引起的变形，为进一步减少变形，在原工艺流程基础上增加一道精修止口工序，以消除钻削、铣削工序切削力和装夹引起的止口变形以及未消除完全的焊接应力和铸造残余应力，从理论上来讲，精修的加工余量应越小越好。从统计的变形尺寸看，均在0.1mm之内，所以将精修止口的加工余量确定为0.1mm，即在所有工序完成后对前工序加工产生的变形进行消除。新工艺端盖车削数据如表二所示：
表2
5 总结
经过一段时间的验证及总结，此传动端端盖的止口变形得到了控制，提升了端盖的质量，满足了设计要求，并为今后非整圆薄壁腔体类零件加工提供了可靠的依据。从验证中也获取了宝贵的经验。
参考文献：
[1]薛华.浅析机械加工中的变形[j].《科技创新与应用》，2012（07）.
[2]李书常.简明金属材料热处理使用手册.《机械工业出版社》，2010.
经过一段时间的验证及总结，此传动端端盖的止口变形得到了控制，提升了端盖的质量，满足了设计要求，并为今后非整圆薄壁腔体类零件加工提供了可靠的依据。从验证中也获取了宝贵的经验。
参考文献：
[1]薛华.浅析机械加工中的变形[j].《科技创新与应用》，2012（07）.
[2]李书常.简明金属材料热处理使用手册.《机械工业出版社》，2010.
来源：《建筑工程技术与设计》2015年17期
