美國(guó)某公司委托我廠生產(chǎn)一種齒圈，結(jié)構(gòu)如圖1所示，該工件應(yīng)用于AT/6L90變速箱項(xiàng)目。齒圈內(nèi)孔部位需要進(jìn)行感應(yīng)淬火，材料為60鋼，國(guó)內(nèi)替代材料成分符合標(biāo)準(zhǔn)GB3077—2015。

　　圖1 齒圈結(jié)構(gòu)

　　1.工件熱處理要求

　　（1）內(nèi)孔感應(yīng)淬火+回火。

　　（2）回火后的表面硬度為58～64HRC。

　　（3）淬硬層分布如圖2所示，兩端3mm處1.5～3.5mm，兩端4mm以內(nèi)區(qū)域2～4mm。

　　（4）不能有淬火裂紋。

　?。?）外花鍵精度按DIN3962標(biāo)準(zhǔn)為9級(jí)，外花鍵M值（mm）：153.035±0.06/φ5.0。

　　圖2 熱處理模式

　　2.設(shè)備能力需求計(jì)算及確定設(shè)備廠家

　?。?）我公司能夠承接國(guó)外高端用戶業(yè)務(wù)的關(guān)鍵條件就是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，其產(chǎn)品報(bào)價(jià)要較大幅度地低于國(guó)外產(chǎn)品的現(xiàn)有價(jià)格。對(duì)于圖1所示工件，我們?cè)诘玫接脩羰袌?chǎng)需求的相關(guān)信息后，快速對(duì)工件圖樣進(jìn)行了技術(shù)評(píng)審，并針對(duì)其產(chǎn)能提升需求和質(zhì)量高要求的原因提出了“新品零件設(shè)備需求計(jì)算與規(guī)劃要求”。熱處理方面需要新購(gòu)置一臺(tái)感應(yīng)淬火設(shè)備，加工節(jié)拍21s。我們發(fā)出設(shè)備采購(gòu)信息后不久有兩家外資公司的人員來(lái)洽談業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)兩輪交流后他們都同意了我們所提的要求，遞交了技術(shù)協(xié)議并報(bào)價(jià)，兩家的報(bào)價(jià)在370～400萬(wàn)元。之后在較長(zhǎng)一段時(shí)間里我們沒(méi)有收到其他單位的技術(shù)協(xié)議與報(bào)價(jià)。于是我們決定擇日再組織一次會(huì)議，將以上兩家的技術(shù)方案與報(bào)價(jià)做一次綜合性評(píng)審，然后選定廠家簽訂合同。

　　（2）一次突來(lái)的樣件準(zhǔn)備工作讓我們改變了之前的決定。在預(yù)定評(píng)審會(huì)議時(shí)間的前一周，我們收到國(guó)外用戶發(fā)來(lái)的信息，需要我們?yōu)槠涮峁﹥煞N不同基體硬度的6L90樣件去做臺(tái)架試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定6L90新品齒圈最終的硬度要求。按計(jì)劃6L90產(chǎn)品很快就上市，用戶反復(fù)強(qiáng)調(diào)讓我們快速提交樣件。在此之前我們已經(jīng)為該用戶提供著一種6L80齒圈，新品6L90齒圈與6L80齒圈材料相同，形狀尺寸也非常接近，最大不同在于6L80齒圈只是半成品，工件的熱處理由用戶自己去完成。這次用戶能夠同意我們?yōu)槠涮峁┏善?L90齒圈，對(duì)天海來(lái)說(shuō)無(wú)論是在技術(shù)上還是在產(chǎn)品利潤(rùn)上都是一次提高，我們必須把握住這次難得的機(jī)會(huì)。以上幾方面的因素讓我們?cè)?L90齒圈的備料和機(jī)加工作上也都占盡了優(yōu)勢(shì)，三周的時(shí)間我們就完成了熱處理前所有工序。在熱處理環(huán)節(jié)上，我們及時(shí)聯(lián)系了參與競(jìng)標(biāo)的那兩家外資設(shè)備單位，商談讓其先幫我們完成樣件的熱處理加工。對(duì)方同意但需要投入新工裝，按其內(nèi)部流程行事，其準(zhǔn)備時(shí)間要比我們的預(yù)期長(zhǎng)好多，同時(shí)需要支付對(duì)方數(shù)萬(wàn)元的試驗(yàn)費(fèi)用。為了最大限度地壓縮準(zhǔn)備時(shí)間，公司決定由我們自己先在車間現(xiàn)設(shè)備上快速做熱處理試驗(yàn)，視試驗(yàn)結(jié)果再定下一步具體計(jì)劃。自2006年起我公司承接美國(guó)迪爾公司的業(yè)務(wù)中有兩種輪邊減速器齒圈熱處理中都涉及到感應(yīng)淬火。其中一種工件的外徑490mm、厚度46mm，另一種工件外徑380mm、厚度70mm。為此我們先后在國(guó)內(nèi)購(gòu)置了兩臺(tái)專用中頻感應(yīng)設(shè)備。兩種工件采用的都是一次加熱工藝，加熱時(shí)間控制在28s以內(nèi)，工件內(nèi)齒精度可到9級(jí)。多年來(lái)質(zhì)量控制很穩(wěn)定，在感應(yīng)淬火技術(shù)上積累了一些經(jīng)驗(yàn)，能為這次樣件試驗(yàn)提供借鑒。

　?。?）我們快速完成工裝設(shè)計(jì)并配合現(xiàn)場(chǎng)制作完畢，之后在現(xiàn)有的感應(yīng)設(shè)備上進(jìn)行了試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看較為理想，除了淬硬層兩端的形狀與圖樣有些出入之外，其他項(xiàng)目都符合要求。與國(guó)外用戶技術(shù)溝通后用戶認(rèn)同了此次試驗(yàn)結(jié)果。正是這次6L90新品樣件試驗(yàn)的順利完成，使我們改變了購(gòu)置外資公司設(shè)備的決定。我們主動(dòng)與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有感應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)廠家取得聯(lián)系，交流合作意向，并積極配合設(shè)備廠家做工藝試驗(yàn)。設(shè)備廠家響應(yīng)我們的建議，快速制定完成了技術(shù)協(xié)議，在報(bào)價(jià)上更是表現(xiàn)出十分的誠(chéng)意，價(jià)格不足外資公司報(bào)價(jià)的50%，并承諾設(shè)備節(jié)拍滿足要求。該廠家總經(jīng)理的那句“努力一把當(dāng)做為中國(guó)的感應(yīng)事業(yè)做貢獻(xiàn)了”的話讓我們一直不能忘懷。

　　3.確定淬火機(jī)床技術(shù)方案

　　（1）淬火機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該淬火機(jī)床配有一條上料滑道和一條卸料滑道，工作臺(tái)圓周均布4個(gè)工位。工作臺(tái)采用分割器驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)動(dòng)定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，維護(hù)方便。圖3為淬火機(jī)床實(shí)物。正視機(jī)床前身，工作臺(tái)的正前方為上下料工位，右側(cè)為加熱淬火工位，正后方為清洗工位，左側(cè)為回火工位。床身前端橫向滑道上懸置著機(jī)械手架，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手架整體的左右、上下動(dòng)作。機(jī)械手架兩端并列安裝著氣動(dòng)卡爪，右端卡爪在上料滑道上進(jìn)行抓料的同時(shí)左端卡爪可抓起上下料位置的工件，二者隨著機(jī)械手架整體移動(dòng)至左側(cè)位置后，原上料滑道上的工件被移到上下料工位，原上下料工位工件同時(shí)移到下料滑道位置。

　　（2）以單工件循環(huán)加工為例說(shuō)明一下循環(huán)動(dòng)作（俯視布局如圖4所示）。第一步上料滑道上的工件由機(jī)械手抓起左移放到上下料工位；第二步工件隨工作臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90o后移至加熱工位，在此完成感應(yīng)加熱淬火；第三步工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)90o后工件移動(dòng)到清洗工位完成清洗；第四步工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)90o后工件被移至回火工位完成回火；第五步工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)90o后工件被放至在上下料工位。在下一循環(huán)中工件由上下料位置被移到卸料滑道，至此完成整個(gè)感應(yīng)熱處理工序。

　　圖3 工作臺(tái)實(shí)物

　　圖4 俯視局部

　　（3）防錯(cuò)機(jī)構(gòu)應(yīng)用6L90齒圈軸向是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，循環(huán)加工時(shí)為避免工件放反引起兩端面處淬硬層的變化，我們?cè)谌×檄h(huán)節(jié)上做了防錯(cuò)設(shè)計(jì)。利用工件兩端止口直徑的不同，將卡爪結(jié)構(gòu)增加了一個(gè)階梯，卡爪階梯直徑比工件止口直徑小的一端大1.5mm、比工件止口直徑大的一端小1.5mm。按規(guī)定循環(huán)加工時(shí)，工件帶卡簧槽端即止口直徑大的一端向上放置。一旦將工件止口直徑小的一端向上放置，那卡爪階梯處因直徑大于工件止口直徑而被卡在上面不能向下動(dòng)作，淬火機(jī)床感應(yīng)不到卡爪氣缸下位信號(hào)停止下步動(dòng)作并報(bào)警提示，可有效避免不良品的產(chǎn)生。

　　4.驗(yàn)收淬火機(jī)床時(shí)遇到的問(wèn)題及解決措施

　?。?）設(shè)備制造完畢后雙方約定時(shí)間對(duì)加床進(jìn)行預(yù)驗(yàn)收。首先檢測(cè)機(jī)床靜態(tài)精度，結(jié)果符合協(xié)議要求。之后在關(guān)閉加熱電源的狀態(tài)下空運(yùn)行循環(huán)4h也未發(fā)現(xiàn)異常，預(yù)警有效受控。接下來(lái)我們開通加熱電源試加工了一個(gè)工件。檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)加工件的淬硬層形狀呈小月牙形，整體寬度明顯小于圖樣要求。事后我們將淬火機(jī)床的設(shè)定功率和加熱時(shí)間做了調(diào)整后再次試加工了兩個(gè)工件，結(jié)果淬硬層整體寬度提高的幅度都不大，但淬硬層中間區(qū)域的弧度變大了，如圖5所示。我們討論后認(rèn)為只有重新制作感應(yīng)器來(lái)解決問(wèn)題。同時(shí)我們想如果按圖6方式只是將感應(yīng)器高度增加，那整體淬硬層的寬度可以達(dá)到要求。但按前期的試驗(yàn)結(jié)果推理，淬硬層整體中間部位的深度可能會(huì)接近工藝要求的上限，這并不是理想狀態(tài)。最好的結(jié)果是淬硬層兩端處在滿足圖樣要求的情況下，中間區(qū)域淬硬層的厚度一致且控制在中限偏下一點(diǎn)為宜，因?yàn)檫@種狀態(tài)下工件的變形最小，工藝的調(diào)整空間最大。

　　圖5 通徑感應(yīng)器對(duì)應(yīng)結(jié)果

　　圖6 通徑感應(yīng)器結(jié)構(gòu)

　?。?）為此我們將感應(yīng)器設(shè)計(jì)成如圖7所示的結(jié)構(gòu)，兩端各有一個(gè)臺(tái)階，整體的高度在25 mm的基礎(chǔ)上只是增加了2mm。廠家很快制作出新的感應(yīng)器并再次試驗(yàn)，結(jié)果如圖8所示，中間底端淬硬層寬度接近一致，兩端仿形與圖樣非常吻合，此次試驗(yàn)成功。附表為圖7試樣淬硬層的檢測(cè)結(jié)果，完全符合圖樣要求。此次試驗(yàn)的加熱時(shí)間是10s，淬火7s。加熱淬火工位的總共時(shí)間19s。因其他工位的加工時(shí)間都不足19s，工位旋轉(zhuǎn)定位時(shí)間小于2s，產(chǎn)能達(dá)標(biāo)，節(jié)拍滿足了技術(shù)要求，預(yù)驗(yàn)收順利通過(guò)。

　　圖7 兩端帶凸臺(tái)結(jié)構(gòu)感應(yīng)器

　　圖8 凸臺(tái)結(jié)構(gòu)感應(yīng)器的試驗(yàn)結(jié)果

　?。?）終驗(yàn)收階段設(shè)備需完成一次200件的連續(xù)加工，并對(duì)相關(guān)尺寸進(jìn)行全檢。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示工件的外花鍵M值在熱處理之后有0.04～0.06mm的縮小變化。為此我們將熱前工藝中外花鍵M值的公差帶整體向大處平移了0.05mm。通過(guò)熱處理前后尺寸的彌補(bǔ)使控制尺寸更接近于要求中線，有效降低了控制難度。自2014年以來(lái)該產(chǎn)品的質(zhì)量控制穩(wěn)定可靠，設(shè)備故障率較低，滿足了生產(chǎn)需求。淬火機(jī)床整體外觀如圖9所示。

　　圖9 機(jī)床整體外觀