电机轴机械加工油封位螺旋纹不良改善

夏杰

摘 要：电机轴油封位存在螺旋纹，导致整机装配后PV耐久试验油封位漏油。通过棉线吊砝码顺时针旋转测试，棉线左右窜动，判定油封位外径存在螺旋线;通过排查和验证，选取更大粒度的陶瓷砂轮进行油封位精磨，并在精磨工序后增加光磨工序，同时增加砂轮修磨频次，然后进行相应的加工验证。根据各种验证结果来优化相关的工艺流程，从而达到加工产品满足整机PV耐久试验的需求。

关键词：螺旋纹;砂轮;粒度;精磨

0 引言

2018年7月，公司承接了海外K客户的发电机项目。作者主要负责指导供应商按产品图纸要求开发轴类零件加工工艺，并针对后续的产品实用状态提出改善方案。

此项目电机轴油封位图纸要求粗糙度Rz2.5，初期生产产品粗糙度满足Rz2.5的要求，但在整机PV耐久试验发现油封位存在漏油现象;通过机床两顶尖顶住中心孔，在油封位使用棉线吊20 g砝码，机床顺时针旋转测试的方法，棉线出現左右窜动，判定油封位存在螺旋线，同时，试验验证螺旋线是漏油的根源;排查发现供应商精磨工序使用陶瓷砂轮粒度小，修磨砂轮频次低，一次精磨无法完全消除螺旋线，指导供应商选取更大粒度的陶瓷砂轮，增加砂轮修磨频次，同时在精磨工序后增加光磨工序。

通过调整后的加工验证，从而达到油封位螺旋线的消除，最终达到满足整机PV耐久试验的需求和整车运行需求。

同时，通过此次机械加工相关工艺调整的研究，公司在机械加工方面规避螺旋线吸取了一定的经验，为后续的金属加工积累了技术能力。

1 产品介绍及问题描述

1.1 油封位结构和技术要求

此零件为轴类结构，热处理后油封位采用机械磨削加工，油封位直径要求φ48-0.025/-0.050 mm，粗糙度要求Rz2.5。

1.2 问题描述

在产品开发初期时，从成本角度考虑，产品油封位直径热后采用一次精磨完成（见表1），精磨使用陶瓷砂轮选取F60粒度的，过程控制中陶瓷砂轮的修磨为精磨10件进行一次修整。此工艺加工出的产品，测量油封位直径和粗糙度均符合图纸要求，但在整机PV耐久试验过程中发现油封位漏油。

2 初步原因分析及验证

2.1 通过对PV耐久试验失效轴进行油封位粗糙度、直径、螺旋线进行检测分析，确定油封位漏油的失效原因

（1）油封位粗糙度测量。使用粗糙度仪对轴油封位进行测量，实测值1.870 um，满足图纸要求Rz2.5。

（2）油封位直径测量。使用光学轴类测量仪对轴油封位直径进行测量，实测值φ47.962-47.964 mm，满足图纸要求φ47.950-47.975 mm。

（3）油封位螺旋线检测。使用气枪及白布清洁轴两端中心孔，并擦拭油封位，机床两顶尖顶住轴两端中心孔，在油封位使用棉线吊20 g砝码，在棉线上滴白油，启动机床顺时针旋转，转速设定160 r/min，观察棉线出现左右窜动，判定油封位存在螺旋线。

2.2 对油封位漏油的失效原因进行验证

挑选油封位直径和粗糙度均合格的轴，使用砂轮磨削加工，分别加工2根油封位有螺旋线和2根无螺旋线的轴，进行PV耐久试验验证，通过1 300 h的耐久试验，发现装配有螺旋线的轴，试验过程中发生了漏油现象，但装配无螺旋线的轴，整个试验过程均未出现漏油现象。

通过以上的失效原因分析和验证，可确定油封位有螺旋线是导致PV耐久试验漏油的根源。

3 根本原因分析及验证

3.1 针对磨削后油封位有螺旋线的问题，排查机床精度、加工参数、砂轮型号和砂轮过程控制，确定螺旋线的产生原因

（1）机床精度。精磨油封位采用日本进口津上G300A-500数控外圆磨床，具有稳定的加工精度，砂轮轴采用津上独有的高刚性动压轴承，导轨面采用平稳性强、精密度高的V-平导轨结构，可进行高精度磨削加工，满足此轴油封位的公差精度加工要求。

（2）加工参数。精磨工序外圆磨床设定线速度50 m/s，进给量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，符合金属件磨削工艺参数设定的要求，满足图纸要求的粗糙度和直径公差要求;但无法达到完全消除螺旋线的目的，查工艺参数设定的相关要求，可通过光整加工进一步提高表面粗糙度，消除螺旋线现象。

（3）砂轮型号。根据此轴图纸规定材料和粗糙度要求，材料SAE8620H，粗糙度Rz2.5，考虑成本问题，精磨油封位采用陶瓷砂轮，砂轮粒度选取F60，通过查找工艺参数设定的相关要求，砂轮粒度越大，加工出的产品表面粗糙度越小，外圆精磨一般选取砂轮粒度在F60-F100。为获得更高表面光洁度，消除外圆螺旋线，此轴加工可适当提高砂轮粒度，由F60提高到F70。

（4）砂轮过程控制。为了平衡工序间的速度和后期产量提升，初期程序设定热后精磨10件后修整一次砂轮，修整频次过低，不能完全避免因磨粒变钝造成工件表面灼伤和粗糙度过高。

3.2 对螺旋线产生的根本原因进行验证

生产100根热后待精磨的半成品轴，使用G300A-500数控外圆磨床进行油封位精磨。

50根依据现有加工工艺参数进行精磨，使用砂轮粒度为F60，过程中砂轮修整频次10件/次，加工完后依《磨削纹测量方法》进行检测，全检50根，其中有16根棉线出现明显左右窜动的现象; 另外50根，重新制定精磨油封位工序加工参数，外圆磨床设定线速度50 m/s，进给量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同时精磨后增加一道光磨工序，设定线速度：50 m/s，进给量：光磨0.001 mm～0.002 mm，使用砂轮粒度为F70，过程中砂轮修整频次6件/次，加工完后依《磨削纹测量方法》进行检测，全检50根，均未出现棉线左右窜动的现象。

通过以上的根本原因分析和对比验证，可确定螺旋线的产生是因为油封位精磨工序设定加工参数不合理，未加入光磨工序;砂轮粒度选取过低，且过程中砂轮修整频次过低导致螺旋线的产生。

4 措施制定及问题解决

（1）通过以上分析出的根本原因，制定相对应的改善措施：

①调整油封位精磨工序加工工序参数，第一道精磨留出加工余量，精磨完成后加入光磨工序进行油封位光磨。

调整前精磨工序加工参数：外圆磨床设定线速度50 m/s，进给量：粗磨0.02 mm～0.03 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm。调整后精磨工序加工参数：外圆磨床设定线速度50 m/s，进给量：粗磨0.01 mm～0.02 mm，半精磨0.01 mm，精磨0.002 mm，光磨0.001 mm～0.002 mm，同时精磨后再增加一道光磨工序，机床设定线速度：50 m/s，进给量：光磨0.001 mm～0.002 mm。

②磨削砂轮的粒度由F60更换为F70的。

③过程控制中砂轮修整频次由10件/次提高至6件/次。

④光磨完成后，生产50件依据《磨削纹测量方法》进行抽检3件。

调整后的精磨段工序流程图见下表2。

（2）依据调整后的工序生产5件轴，生产完成后进行外观、尺寸及螺旋线检验，检验合格进行整机装配，完成后开始PV耐久试验，通过1 300 h的试验后，未发现整机油封位出现漏油现象。

至此，通过以上的验证试验，完成了PV耐久试验油封位漏油现象的改善，供应商开始进行批量生产工序参数的更新和调整。

5 总结

因产品初期PV耐久试验漏油，通过指导供应商进行一步步的原因分析和验证，查找工序间加工参数可优化和改善点，并进行工序参数调整和生产试验验证。通过调整后验证，PV耐久试验未发现漏油现象，满足了项目试验和整车运行的需求。

通过此次不良的改善，为供应商开发轴类零件的加工工艺积累了宝贵经验，同時，前期设计也充分认识到整机油封配合部位，轴类零件不允许有螺旋纹，为后期产品的开发积累了设计经验。

参考文献：

[1]周桂莲，付平，杨化林.制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2013.11.

[2]徐秀娟.互换性与测量技术[M].北京：北京理工大学出版社，2009.1.

[3]赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.10.