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摘要：洗衣機內筒軸是滾筒洗衣機傳動的關鍵核心零件之一，不同廠家設計的結構有一定差異，生產批量較大，對于不同類型的生產企業，其加工工藝也有很大不同，只有分析合理利用現有資源，實現工藝的最佳優化才能實現產能、效率、經濟性的多重目標。本文根據企業現狀，分析優化洗衣機內筒軸加工工藝，合理調配資源、選擇專用設備與工藝裝備，解決相關工藝難點。

關鍵詞：加工工藝；洗衣機內筒軸；優化；產能效率

1零件概述

1.1零件基本情況。洗衣機內筒軸，它與洗衣機滾筒支架相連，支架為壓鑄鋁合金件，壓鑄時將內筒軸放入壓鑄機，將支架與內筒軸壓鑄為一個整體。軸的另一端與皮帶輪相連，或者與洗衣機電機直聯，傳遞扭矩；軸由兩個配合的軸承固定在軸承座上。支架結構如下圖1所示。1.2零件結構要求。洗衣機內筒軸是典型的軸類零件，不同廠家的具體尺寸、設計思路、工藝要求會有所不同，但大致可以分成幾個部分，零件結構如圖2所示。零件左端為滾花區域，有的產品也會要求銑出一段扁，滾花銑扁的目的是為了增加與壓鑄支架之間的接觸面積，保證連接的強度，提高扭矩輸出承載能力。滾花右側為不銹鋼壓套，洗衣機工作過程中套上防塵密封圈，不銹鋼目的是為了防銹。內筒軸中段主要是軸承檔外圓，通過滾動軸承進行支承，保證高速旋轉時的跳動精度，減少噪音，提高洗衣機整機壽命。內筒軸最右端一般是銑扁、內螺紋或花鍵，用于安裝皮帶輪或內花鍵電機，要求對稱度好，螺紋深度要控制。

2工藝分析

該類零件是洗衣機內部傳動支承的關鍵零件，高速旋轉，傳遞扭矩，工作環境惡劣，有水氣、灰塵，既要正反旋轉，承受交變力矩，還要保證回轉精度，以減少噪音、達到要求的疲勞極限。所以該類零件尺寸精度、幾何精度要求高，零件的主要技術要求分析如下。2.1壓花處要求。壓花要符合國標GB/T6403.3-2008，同時還要保證必須光滑，平均壓花2.5±0.3mm，橢圓度要求符合ISO075-2，與軸中心比較最大斜度為4°，有的是有斜度的壓花，中間銑扁。2.2軸承檔外圓。軸承檔外圓尺寸精度一般為-0.007～0.02mm，有的型號公差為0.007～0.008mm之間，表面粗糙度為Ra0.8，圓度要求0.004～0.007mm，兩檔外圓之間的同軸度為Φ0.03mm，表面一般需要高頻淬火處理，淬火硬度為50±5HRC，淬火厚度為1±0.5mm。2.3花鍵要求。漸開線花鍵符合國標GB/T3478.1-1995，與軸承檔外圓的軸心線跳動精度0.15mm，花鍵深度公差為0.5mm，控制跨棒距、公法線、齒向齒廓偏差等。2.4螺紋。通常為內螺紋，也有的型號為外螺紋，深度精度為±0.1mm，與軸承檔外圓的軸心線跳動同軸度0.2mm，控制螺紋的中徑。2.5其他要求。各檔軸之間的過渡槽、圓角倒角都有具體要求，圓滑過度，長度方向誤差為±0.1～0.2mm，未注公差為±0.3mm，未注角度公差±0.5°。除了指定表面硬度要求外，其他表面硬度為200～230HBW。2.6軸套要求。軸套加工后壓入內筒軸，軸套外圓同軸度為0.02mm，軸套端面與軸承檔外圓端面垂直度為0.05mm，表面粗糙為Ra0.4mm，有一條斜邊，重點控制表面粗糙度Ra=0.5mm，內孔與軸為過盈配合，壓鑄時保證軸套不能松動或移位，要有足夠的強度。

3工藝難點

綜合以上對洗衣機內筒軸的結構功能、技術要求、工藝分析，需要進行工藝革新的難點大致如下。（1）工件的生產綱領是大批量生產，安排工藝過程必須精簡有效，避免不必要的工序，而要保證生產效率、加工精度、生產成本，慎重對待每一個技術尺寸要求，合理安排工序。（2）軸承檔的外圓尺寸精度高，一般公差都在0.008mm，表面粗糙度值小，一般需要外圓磨床或以車代磨處理。（3）軸承檔外圓一般需要表面高頻淬火，保證硬度與深度指標，該項處理為表面熱處理，保證大批量生產質量的穩定性存在很大難度，工藝不穩定。（4）軸套材料一般為304不銹鋼或者2Cr13，馬氏體不銹鋼，它有磁性，熱處理硬度好。需要保證壓套過盈量，確保承受壓鑄時巨大的推力，圓度、垂直度都有要求，2Cr13材料的壓套表面需要進行表面淬火處理，有兩種材質需要同時進行表面高頻淬火，增加了表面處理的難度，特別是穩定性。（5）螺紋不僅有中徑要求，還有深度要求。有沉頭孔，同軸度要求高。（6）臺階過渡細節很多，怎樣加工避免不必要的毛刺，去除去毛刺工序。（7）每個工序使用什么樣的刀具，滿足每個工位2000件以上的產量，保證質量穩定可靠。（8）采取哪些工藝改進、選擇哪些裝備、工具實現車端面、打中心孔、鉆孔、攻絲、漸開線花鍵、粗精車外圓、銑扁、磨削外圓這些關鍵加工步驟的的效率提升，提高產能，人員雇傭率的下降。（9）如何管理生產現場，進行有效的質量管理，使用合理的檢測量具，提高檢測效率、嚴格把控生產質量，提升相應的過程能力CPK等指標，通過產品廠家對供應商的審核。（10）如何調配好設備資源，以最少的投入，換來最佳經濟效益，實現公司自由現金流的最大化。

4工藝優化

工藝優化本身是一個相對的概念，主要遵循工藝的適合性，投入成本低、易于實現，快速提高產能，降低生產成本，質量保證穩定、提升產品性能等一些基本原則，只有做相應的比較才能說明。洗衣機內筒軸是一個大眾型機械加工產品，不同類型的廠家加工工藝有著很大差異，甚至不同的加工工藝之間存在相互矛盾。本文主要根據對公司為小型加工制造企業，裝備普通設備，適當投入，緊跟市場新工藝思維，展開適當的改進，較好的解決了很多工藝難點，現將主要的工藝優化總結如下。（1）毛坯選擇。內筒軸的材料為45鋼，毛坯如果選擇普通棒料，缺點有：①普通棒料表面有氧化層，存在圓度誤差，不便于后續數控車床彈簧夾套的裝夾，裝夾效率、質量穩定性不高。②外圓尺寸都是走下差，要保證外徑，必須加大材料毛坯直徑，增加了原材料成本?，F采用冷拉的棒料，優點有：①外圓直徑根據零件的具體要求定制，尺寸誤差為0.1mm，而且圓度好，便于快速穩定裝夾。②尺寸為最大零件尺寸，不需要車削，減少了工序時間，節約成本。當然每噸的單價增加幾百元，最后一段還有料頭，帶有錐度，有很深的夾痕，比需求尺寸小，不能使用，最多能作為料頭使用，但相對于普通棒料，材料成本、工藝優化的生產成本大幅度降低。（2）車端面打中心孔。原先車端面打中心孔主要采用儀表車床實現，采用儀表車床的理由有投資成本低、對工人的技術要求不高、設備簡單、維護成本低等，但是缺點在現代大批量生產中缺陷很明顯，如生產效率低、人員占用率高、嚴重制約產能提高。要想大幅度提升產能，只能更換工藝實現方式，現將儀表車床更換成車端面打中心孔專用機床，它可完成自動送料、裝夾、定位、端面車削、中心孔鉆削這些工藝動作，加工時間比儀表車床大大減少，而且動作連續、穩定性好，生產效率從原先每天800件增加到2000件以上，基本兩臺設備只需一人供量、調試、檢測。端面車削量、中心孔深度都可靈活調整，保證軸的總長。對于螺紋孔沉頭部分要求，定制成形中心鉆，一次加工成形，并且為后續鉆孔攻絲、兩頂尖裝夾做好定位基準。成形刀具及螺紋沉頭孔如圖3所示。（3）兩頂尖車削裝夾改進。軸類零件采用兩頂尖裝夾，符合加工工藝中基準重合、基準統一原則，提高產品質量及穩定性。傳統的頂尖裝夾工件大都采用雞心夾頭裝夾工件，與車床的撥盤配合，以便傳遞扭矩，這種裝夾方式在大批量快速加工工藝角度看，雞心夾頭卡箍裝夾效率低下，機床利用率嚴重不足，工藝改進后將主軸頂尖改成端面驅動頂尖，俗稱桃子頂尖。該頂尖的工作原理是彈性的頂尖定位軸心線，利用尾座頂尖的推力，將工件的左端面壓在桃子頂尖的驅動卡爪上，驅動工件，既能實現長度方向定位，又能實現扭矩傳遞，裝夾效率提高3倍以上，裝夾示意圖如圖4所示。但是采用桃子頂尖也有一些缺點，如定位精度沒有普通死頂尖精度高，使用一段時間后會出現磨損，降低驅動力，又會由于磨損程度不一，導致工件出現定位扭曲，影響同軸度、圓度、跳動這些關鍵幾何精度，經過不斷摸索，總結了幾個經驗如下：①新安裝一個頂尖或頂尖有磨損時，用車刀進行少量車削，一般車削背吃刀量為0.05～0.1mm，刀具鋒利、走刀量減少，以便將頂尖修正。②當驅動爪磨損后進行必要的修整，具體要求是先磨平端面，然后再修整成線狀，同時通過觀察軸端面的壓痕，要保證每根線清晰均勻，確保驅動力對稱穩定，不產生軸線扭曲，如果不達標還可重新修整。效果如下圖5所示。③嚴格執行首件檢測、中間經常抽測工藝記錄，及時掌握跳動數據，合理進行頂尖更換與修整。（4）鉆孔攻絲工序改進。最初鉆孔攻絲通常的加工方法是利用鉆床、臺式攻絲機進行，并且通過使用快速虎鉗及改裝虎鉗鉗口，V形定位，改進鉆床、攻絲機電路，增加行程控制進行孔深、攻絲深度的控制，集中工位，實現壓縮空氣、切削液噴淋、過濾、收集的集中處理，使得區域集中，多臺設備同時工作等幾個方面的工藝改進，效率確實有了提升，設備利用率提高。但是在整個軸生產工序中，該鉆孔、攻絲要由兩臺設備完成，進行兩次裝夾，人員占用率高的缺點明顯。經過市場調研，現使用鉆孔、攻絲專用機床，機床是雙工位，每個工位四個工步聯動，鉆孔、攻絲、吹起、裝夾更換零件同時進行，產能從每個工位500件猛增至3000件以上，而且人員減少為原來的三分之一。為了提高裝夾效率、降低勞動強度、減少產品改型時的裝備時間，對設備檢具又進行了如下幾個改進。①將原先的螺釘夾緊，全部改成氣壓自動夾緊。②改變軸線方向定位方式，增加定位件的強度、剛性。③由于主軸位置固定，要保證每種產品的孔軸線與內筒軸軸線重合，采用快換定位塊，利用燕尾槽與工作臺配合，更換產品型號，只需更換快速定位塊，就能快速實現產品改型。④定制螺紋塞規，自制手柄，裝配時調整通規塞規深度，降低螺紋塞規定制費用。機床工序加工圖及快換定位塊如圖6所示。（5）漸開線花鍵加工。漸開線花鍵早期的加工工藝一般都是冷擠，只要保證冷擠模具精度，就能保證花鍵精度，尺寸穩定性好，設備簡單，但仍然是效率低，模具要求高，成本高。現采用搓齒機，只需根據具體的花鍵要求，定制相應的搓齒板，生產效率提升10倍，搓齒板有效工作時間長。漸開線花鍵目前主要有30°和45°兩種壓力角，相對45°壓力角的搓齒板壽命更長。（6）表面高頻淬火。表面高頻淬火是加工中不確定性最大的一個工序，原因是影響淬火結果的因素很多，而且對于軸套材料是2Cr13的材料也要淬火，這就面臨同一工序有兩種類型的材料要淬火。對于設備制造廠家，面對這些問題都無解決方法，經過不斷實驗，基本的解決思路有：①調整加熱圈的直徑及與工件間的間隙。②調整加熱電流，控制加熱溫度。③調節冷卻水流大小及噴水方向。④設定移動速度，協調加熱、冷卻、暫停時間。⑤記錄淬火質量、零件材質、相關參數，進行合理分析，關注不同機床間的差異，得出指導性工藝參數，每次更換產品型號，做好檢驗修正。（7）銑扁。銑扁的通用加工方法是用銑床，利用快速分度卡盤裝夾工件，該工藝方案缺點還是生產效率低，刀具成本高。現將加工設備改成自動切角機，將原先的銑削改為車削的形式，兩條邊的裝一把車刀，四條邊的裝兩把車刀，當然對于兩把車刀需要絕對保證刀尖高度、位置保持幾何關系，通常采用打表定位的調整方式。為了將銑扁和倒角一道完成，不增加去毛刺的工序，在原有刀具基礎上，再加裝一把倒角刀，調整相互位置關系，以達到要求，見下圖7所示。

5結語

沒有絕對好的工藝，只有更適合的工藝，而工藝改進優化永遠沒有盡頭，經過對洗衣機內筒軸生產工藝優化，產品產能效率、質量、人員等方面都有了很大變化，有一些收獲：①改變加工工藝方法，緊跟市場，合理選擇高效節能生產裝備，就能增大投入產出比。②相信技術變革，敢于創新，利用好各類創新工具。③合理調配挖掘設備資源，提高設備利用率。④工藝優化是多知識面的結合，要努力拓展學習領域，融入智能制造、數字化控制理念。

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作者:趙海霞 單位:湖北工業大學