洗衣机内筒轴加工工艺研究

摘要：洗衣机内筒轴是滚筒洗衣机传动的关键核心零件之一，不同厂家设计的结构有一定差异，生产批量较大，对于不同类型的生产企业，其加工工艺也有很大不同，只有分析合理利用现有资源，实现工艺的最佳优化才能实现产能、效率、经济性的多重目标。本文根据企业现状，分析优化洗衣机内筒轴加工工艺，合理调配资源、选择专用设备与工艺装备，解决相关工艺难点。

关键词：加工工艺；洗衣机内筒轴；优化；产能效率

1零件概述

1.1零件基本情况。洗衣机内筒轴，它与洗衣机滚筒支架相连，支架为压铸铝合金件，压铸时将内筒轴放入压铸机，将支架与内筒轴压铸为一个整体。轴的另一端与皮带轮相连，或者与洗衣机电机直联，传递扭矩；轴由两个配合的轴承固定在轴承座上。支架结构如下图1所示。1.2零件结构要求。洗衣机内筒轴是典型的轴类零件，不同厂家的具体尺寸、设计思路、工艺要求会有所不同，但大致可以分成几个部分，零件结构如图2所示。零件左端为滚花区域，有的产品也会要求铣出一段扁，滚花铣扁的目的是为了增加与压铸支架之间的接触面积，保证连接的强度，提高扭矩输出承载能力。滚花右侧为不锈钢压套，洗衣机工作过程中套上防尘密封圈，不锈钢目的是为了防锈。内筒轴中段主要是轴承档外圆，通过滚动轴承进行支承，保证高速旋转时的跳动精度，减少噪音，提高洗衣机整机寿命。内筒轴最右端一般是铣扁、内螺纹或花键，用于安装皮带轮或内花键电机，要求对称度好，螺纹深度要控制。

2工艺分析

该类零件是洗衣机内部传动支承的关键零件，高速旋转，传递扭矩，工作环境恶劣，有水气、灰尘，既要正反旋转，承受交变力矩，还要保证回转精度，以减少噪音、达到要求的疲劳极限。所以该类零件尺寸精度、几何精度要求高，零件的主要技术要求分析如下。2.1压花处要求。压花要符合国标GB/T6403.3-2008，同时还要保证必须光滑，平均压花2.5±0.3mm，椭圆度要求符合ISO075-2，与轴中心比较最大斜度为4°，有的是有斜度的压花，中间铣扁。2.2轴承档外圆。轴承档外圆尺寸精度一般为-0.007～0.02mm，有的型号公差为0.007～0.008mm之间，表面粗糙度为Ra0.8，圆度要求0.004～0.007mm，两档外圆之间的同轴度为Φ0.03mm，表面一般需要高频淬火处理，淬火硬度为50±5HRC，淬火厚度为1±0.5mm。2.3花键要求。渐开线花键符合国标GB/T3478.1-1995，与轴承档外圆的轴心线跳动精度0.15mm，花键深度公差为0.5mm，控制跨棒距、公法线、齿向齿廓偏差等。2.4螺纹。通常为内螺纹，也有的型号为外螺纹，深度精度为±0.1mm，与轴承档外圆的轴心线跳动同轴度0.2mm，控制螺纹的中径。2.5其他要求。各档轴之间的过渡槽、圆角倒角都有具体要求，圆滑过度，长度方向误差为±0.1～0.2mm，未注公差为±0.3mm，未注角度公差±0.5°。除了指定表面硬度要求外，其他表面硬度为200～230HBW。2.6轴套要求。轴套加工后压入内筒轴，轴套外圆同轴度为0.02mm，轴套端面与轴承档外圆端面垂直度为0.05mm，表面粗糙为Ra0.4mm，有一条斜边，重点控制表面粗糙度Ra=0.5mm，内孔与轴为过盈配合，压铸时保证轴套不能松动或移位，要有足够的强度。

3工艺难点

综合以上对洗衣机内筒轴的结构功能、技术要求、工艺分析，需要进行工艺革新的难点大致如下。（1）工件的生产纲领是大批量生产，安排工艺过程必须精简有效，避免不必要的工序，而要保证生产效率、加工精度、生产成本，慎重对待每一个技术尺寸要求，合理安排工序。（2）轴承档的外圆尺寸精度高，一般公差都在0.008mm，表面粗糙度值小，一般需要外圆磨床或以车代磨处理。（3）轴承档外圆一般需要表面高频淬火，保证硬度与深度指标，该项处理为表面热处理，保证大批量生产质量的稳定性存在很大难度，工艺不稳定。（4）轴套材料一般为304不锈钢或者2Cr13，马氏体不锈钢，它有磁性，热处理硬度好。需要保证压套过盈量，确保承受压铸时巨大的推力，圆度、垂直度都有要求，2Cr13材料的压套表面需要进行表面淬火处理，有两种材质需要同时进行表面高频淬火，增加了表面处理的难度，特别是稳定性。（5）螺纹不仅有中径要求，还有深度要求。有沉头孔，同轴度要求高。（6）台阶过渡细节很多，怎样加工避免不必要的毛刺，去除去毛刺工序。（7）每个工序使用什么样的刀具，满足每个工位2000件以上的产量，保证质量稳定可靠。（8）采取哪些工艺改进、选择哪些装备、工具实现车端面、打中心孔、钻孔、攻丝、渐开线花键、粗精车外圆、铣扁、磨削外圆这些关键加工步骤的的效率提升，提高产能，人员雇佣率的下降。（9）如何管理生产现场，进行有效的质量管理，使用合理的检测量具，提高检测效率、严格把控生产质量，提升相应的过程能力CPK等指标，通过产品厂家对供应商的审核。（10）如何调配好设备资源，以最少的投入，换来最佳经济效益，实现公司自由现金流的最大化。

4工艺优化

工艺优化本身是一个相对的概念，主要遵循工艺的适合性，投入成本低、易于实现，快速提高产能，降低生产成本，质量保证稳定、提升产品性能等一些基本原则，只有做相应的比较才能说明。洗衣机内筒轴是一个大众型机械加工产品，不同类型的厂家加工工艺有着很大差异，甚至不同的加工工艺之间存在相互矛盾。本文主要根据对公司为小型加工制造企业，装备普通设备，适当投入，紧跟市场新工艺思维，展开适当的改进，较好的解决了很多工艺难点，现将主要的工艺优化总结如下。（1）毛坯选择。内筒轴的材料为45钢，毛坯如果选择普通棒料，缺点有：①普通棒料表面有氧化层，存在圆度误差，不便于后续数控车床弹簧夹套的装夹，装夹效率、质量稳定性不高。②外圆尺寸都是走下差，要保证外径，必须加大材料毛坯直径，增加了原材料成本。现采用冷拉的棒料，优点有：①外圆直径根据零件的具体要求定制，尺寸误差为0.1mm，而且圆度好，便于快速稳定装夹。②尺寸为最大零件尺寸，不需要车削，减少了工序时间，节约成本。当然每吨的单价增加几百元，最后一段还有料头，带有锥度，有很深的夹痕，比需求尺寸小，不能使用，最多能作为料头使用，但相对于普通棒料，材料成本、工艺优化的生产成本大幅度降低。（2）车端面打中心孔。原先车端面打中心孔主要采用仪表车床实现，采用仪表车床的理由有投资成本低、对工人的技术要求不高、设备简单、维护成本低等，但是缺点在现代大批量生产中缺陷很明显，如生产效率低、人员占用率高、严重制约产能提高。要想大幅度提升产能，只能更换工艺实现方式，现将仪表车床更换成车端面打中心孔专用机床，它可完成自动送料、装夹、定位、端面车削、中心孔钻削这些工艺动作，加工时间比仪表车床大大减少，而且动作连续、稳定性好，生产效率从原先每天800件增加到2000件以上，基本两台设备只需一人供量、调试、检测。端面车削量、中心孔深度都可灵活调整，保证轴的总长。对于螺纹孔沉头部分要求，定制成形中心钻，一次加工成形，并且为后续钻孔攻丝、两顶尖装夹做好定位基准。成形刀具及螺纹沉头孔如图3所示。（3）两顶尖车削装夹改进。轴类零件采用两顶尖装夹，符合加工工艺中基准重合、基准统一原则，提高产品质量及稳定性。传统的顶尖装夹工件大都采用鸡心夹头装夹工件，与车床的拨盘配合，以便传递扭矩，这种装夹方式在大批量快速加工工艺角度看，鸡心夹头卡箍装夹效率低下，机床利用率严重不足，工艺改进后将主轴顶尖改成端面驱动顶尖，俗称桃子顶尖。该顶尖的工作原理是弹性的顶尖定位轴心线，利用尾座顶尖的推力，将工件的左端面压在桃子顶尖的驱动卡爪上，驱动工件，既能实现长度方向定位，又能实现扭矩传递，装夹效率提高3倍以上，装夹示意图如图4所示。但是采用桃子顶尖也有一些缺点，如定位精度没有普通死顶尖精度高，使用一段时间后会出现磨损，降低驱动力，又会由于磨损程度不一，导致工件出现定位扭曲，影响同轴度、圆度、跳动这些关键几何精度，经过不断摸索，总结了几个经验如下：①新安装一个顶尖或顶尖有磨损时，用车刀进行少量车削，一般车削背吃刀量为0.05～0.1mm，刀具锋利、走刀量减少，以便将顶尖修正。②当驱动爪磨损后进行必要的修整，具体要求是先磨平端面，然后再修整成线状，同时通过观察轴端面的压痕，要保证每根线清晰均匀，确保驱动力对称稳定，不产生轴线扭曲，如果不达标还可重新修整。效果如下图5所示。③严格执行首件检测、中间经常抽测工艺记录，及时掌握跳动数据，合理进行顶尖更换与修整。（4）钻孔攻丝工序改进。最初钻孔攻丝通常的加工方法是利用钻床、台式攻丝机进行，并且通过使用快速虎钳及改装虎钳钳口，V形定位，改进钻床、攻丝机电路，增加行程控制进行孔深、攻丝深度的控制，集中工位，实现压缩空气、切削液喷淋、过滤、收集的集中处理，使得区域集中，多台设备同时工作等几个方面的工艺改进，效率确实有了提升，设备利用率提高。但是在整个轴生产工序中，该钻孔、攻丝要由两台设备完成，进行两次装夹，人员占用率高的缺点明显。经过市场调研，现使用钻孔、攻丝专用机床，机床是双工位，每个工位四个工步联动，钻孔、攻丝、吹起、装夹更换零件同时进行，产能从每个工位500件猛增至3000件以上，而且人员减少为原来的三分之一。为了提高装夹效率、降低劳动强度、减少产品改型时的装备时间，对设备检具又进行了如下几个改进。①将原先的螺钉夹紧，全部改成气压自动夹紧。②改变轴线方向定位方式，增加定位件的强度、刚性。③由于主轴位置固定，要保证每种产品的孔轴线与内筒轴轴线重合，采用快换定位块，利用燕尾槽与工作台配合，更换产品型号，只需更换快速定位块，就能快速实现产品改型。④定制螺纹塞规，自制手柄，装配时调整通规塞规深度，降低螺纹塞规定制费用。机床工序加工图及快换定位块如图6所示。（5）渐开线花键加工。渐开线花键早期的加工工艺一般都是冷挤，只要保证冷挤模具精度，就能保证花键精度，尺寸稳定性好，设备简单，但仍然是效率低，模具要求高，成本高。现采用搓齿机，只需根据具体的花键要求，定制相应的搓齿板，生产效率提升10倍，搓齿板有效工作时间长。渐开线花键目前主要有30°和45°两种压力角，相对45°压力角的搓齿板寿命更长。（6）表面高频淬火。表面高频淬火是加工中不确定性最大的一个工序，原因是影响淬火结果的因素很多，而且对于轴套材料是2Cr13的材料也要淬火，这就面临同一工序有两种类型的材料要淬火。对于设备制造厂家，面对这些问题都无解决方法，经过不断实验，基本的解决思路有：①调整加热圈的直径及与工件间的间隙。②调整加热电流，控制加热温度。③调节冷却水流大小及喷水方向。④设定移动速度，协调加热、冷却、暂停时间。⑤记录淬火质量、零件材质、相关参数，进行合理分析，关注不同机床间的差异，得出指导性工艺参数，每次更换产品型号，做好检验修正。（7）铣扁。铣扁的通用加工方法是用铣床，利用快速分度卡盘装夹工件，该工艺方案缺点还是生产效率低，刀具成本高。现将加工设备改成自动切角机，将原先的铣削改为车削的形式，两条边的装一把车刀，四条边的装两把车刀，当然对于两把车刀需要绝对保证刀尖高度、位置保持几何关系，通常采用打表定位的调整方式。为了将铣扁和倒角一道完成，不增加去毛刺的工序，在原有刀具基础上，再加装一把倒角刀，调整相互位置关系，以达到要求，见下图7所示。

5结语

没有绝对好的工艺，只有更适合的工艺，而工艺改进优化永远没有尽头，经过对洗衣机内筒轴生产工艺优化，产品产能效率、质量、人员等方面都有了很大变化，有一些收获：①改变加工工艺方法，紧跟市场，合理选择高效节能生产装备，就能增大投入产出比。②相信技术变革，敢于创新，利用好各类创新工具。③合理调配挖掘设备资源，提高设备利用率。④工艺优化是多知识面的结合，要努力拓展学习领域，融入智能制造、数字化控制理念。

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作者:赵海霞 单位:湖北工业大学