一种洗衣机轴及其加工方法与流程

本发明属于轴加工技术领域，具体地说，涉及到一种洗衣机轴及其加工方法。

背景技术：

洗衣机轴是支撑滚筒、传递动力、完成洗衣功能的重要零部件，洗衣机轴的工作时具有高速旋转和传递扭矩的特点，并且工作环境恶劣，一般有水气、灰尘，此外，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。因此，该类零件尺寸精度、几何精度要求高。现有关于洗衣机轴的文献很多，例如：中国专利号为：201320752922.9，公开日期为：2014年6月25日的中国专利文件，公开了一种洗衣机波轮轴，其包括塑料轴体和设在塑料轴体圆周外侧的金属衬套；塑料轴体为改性塑料或复合塑料；金属衬套包括第一金属衬套、第二金属衬套和第三金属衬套，第一金属衬套设在轴体与波轮头相接触的圆周外侧，第二金属衬套设在轴体与水封相接触的圆周外侧，第三金属衬套设在轴体与含油轴承相接触的圆周外侧。又如：中国专利号为201220193741.2，公开日期为2013年3月13日的中国专利文件，公开了一种洗衣机波轮轴，其包括轴体，所述轴体上下两端制有条形齿，所述轴体中段设置有凸台，所述轴体上端制有内螺纹孔，轴体上端的条形齿下部设置有退刀槽。

洗衣机轴的关键部位有轴承位和密封位，轴承位与滚动轴承配合，实现与外滚筒支撑，轴承位的加工精度和表面质量严重影响轴承的使用寿命；密封位与密封圈配合，保证洗涤液不渗漏的，阻挡水气、灰尘，密封位的表面粗糙度决定密封性能，这些关键位置决定洗衣机轴的质量，进而影响整个洗衣机产品的质量，此外，洗衣机轴工作时，既要正反旋转，承受交变力矩，还要保证回转精度，因此，轴承位和密封位之间的同轴度精度要求也很高。现有的加工该洗衣机轴的工艺方案是下料—粗车—半精车—精车—滚丝—铣扁—滚花—磨削，该方案存在一些缺点：加工时，采用卡盘—顶尖方式装夹待加工轴，一方面需要人工将轴装夹，不方便工人操作；另一方面，由于粗车加工的精度很低，导致粗车出来的的半成品轴的表面粗糙度以及各个部位之间的同轴度比较低，在进行后续的半精车和精车时，存在定位基准不统一的技术问题，加上粗车出来的的半成品轴的误差很大，对洗衣机轴多的加工精度影响很大；另外，磨削两个轴承位及密封位至ra0.6，所需时间较长，加工效率不高；使用粗车工序，加工阶梯轴段时，车削量较大，费时费料。需要说明的是，由于洗衣机轴通过轴承位与滚动轴承的配合进行支承，为了保证高速旋转时的跳动精度的同时，提高洗衣机整机寿命，需要保证洗衣机轴上轴承位与密封位的强度要求，而现有技术工艺的做法是对表面高频淬火，以保证硬度指标，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，强化工艺不稳定。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有技术中由于定位基准不统一而导致的加工精度不高，生产效率比较低、车削费时费料以及洗衣机轴的强化工艺不稳定而引起的生产质量不稳定的问题，本发明提供一种洗衣机轴及其加工方法，其通过统一定位基准，提高了加工精度，此外，也降低了生产成本，提高了生产效率，大大节省了原材料；操作起来简单方便，加工质量稳定，便于批量生产。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种洗衣机轴的加工方法，采用冷挤压工艺来加工棒料使其成型为阶梯轴，铣钻加工后的阶梯轴，铣削两端面、倒角并打中心孔，以便采用双顶尖工装法对阶梯轴进行夹持。

优选地，所述的加工方法包括以下步骤：

(ⅰ)下料：根据直径尺寸选用45钢棒料，并按长度要求锯切棒料；

(ⅱ)磨削：锯切的棒料落入砂带磨床的上料框，自动上料，棒料排布在链轮上，依次进行粗磨、精磨工序；

(ⅲ)浸涂：用热水管喷淋棒料，预热棒料后，将棒料放入冷挤压润滑剂浸涂槽内浸泡，然后取出，自然晾干；

(ⅵ)成型：对涂有冷挤压润滑剂的棒料进行成型加工，其中，采用冷挤压工艺来加工棒料使其成型为阶梯轴，铣钻加工后的阶梯轴，铣削两端面、倒角并打中心孔，采用双顶尖工装法对阶梯轴进行夹持，进行后续的成型工序，直至得到符合尺寸精度要求的洗衣机轴。

优选地，所述的步骤(ⅱ)中的磨削总深度0.1～0.15mm，粗磨时，砂带线速度14～16m/s，精磨砂带线速度24～26m/s，工件进给速度1～4m/min。

优选地，所述的步骤(ⅲ)中预热棒料时，使棒料温度在65～75℃之间；棒料在浸涂槽内的浸泡时间为12～18s之间。

优选地，所述的步骤(ⅵ)中的成型方法具体为：

a.冷挤压：使用液压机，将涂有冷挤压润滑剂的棒料放入模腔内，冷挤压棒料使其成型为阶梯轴，在自然状态下冷却；

b.铣钻加工冷挤压处理后的阶梯轴，阶梯轴的两端分别为左端面和右端面，铣削左端面和右端面，并在左端面的边缘处铣出倒角，然后在左端面和右端面上分别打左中心孔和右中心孔，得到铣钻半成品轴，采用双顶尖工装法对铣钻半成品轴的两端进行夹持；

c.半精车：半精车处理铣钻半成品轴，使其成型为具有洗衣机轴轮廓、无氧化黑皮的半精车成品轴；

d.精车：精车处理半精车成品轴，使其成型为满足洗衣机轴尺寸要求的精车成品轴，精车成品轴的侧面上具有：小端处、大端处、传动外圆、第一轴承位、第二轴承位和密封位；

e.滚丝：使用自动滚丝机在精车成品轴上的小端处滚出螺纹；

f.铣平面：在精车成品轴上的传动外圆处铣出两个相对应的平面；

g.滚压：在精车成品轴上的大端处滚压出直纹滚花；

h.镜面滚压：对精车成品轴上的第一轴承位、第二轴承位和密封位进行镜面滚压，使其成型为符合尺寸精度要求的洗衣机轴。

优选地，精车后，精车成品轴上的第一轴承位、第二轴承位的表面粗糙度达到ra1.8，密封位的表面粗糙度达到ra1.8。

优选地，镜面滚压后，洗衣机轴上的第一轴承位、第二轴承位的表面粗糙度达到ra0.6，密封位的表面粗糙度达到ra1.6。

优选地，所述的冷挤压为正挤压方式。

优选地，所述的冷挤压工序将棒料一次挤压成型为双台阶的阶梯轴。

一种洗衣机轴，采用以上所述的加工方法制成。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明洗衣机轴的加工方法，使用冷挤压工艺来加工以成型出阶梯轴，一次挤压出双台阶，大大节省原材料，平均每根轴省料一公斤左右，降低原材料成本，同时挤压变形改善金属材料的组织，提升其力学性能，挤压成形的尺寸精度高，后续车削加工时省去粗车工序，降低了生产制造成本；

(2)本发明洗衣机轴的加工方法，使用冷挤压润滑剂，替代传统的磷皂化工艺，降低污染的同时也降低了生产成本；

(3)本发明洗衣机轴的加工方法，磨削后的棒料直接进行棒料的加热，减少了热量散失，节省能源；

(4)本发明洗衣机轴的加工方法，半精车、精车、铣扁及镜面滚压工序均采用双顶尖工装法，便于工作人员操作、切换、批量生产，装夹效率提升3倍以上；

(5)本发明洗衣机轴的加工方法，加工效率高、质量好，采用镜面滚压技术替代传统磨削工艺，加工效率提升50％以上，极大提升轴的光洁度，有利于轴承的装配稳定以及密封位寿命的延长。

附图说明

图1为本发明的半成品零件图；

图2为本发明的铣钻半成品零件图；

图3为本发明的半精车成品零件图；

图4为本发明的精车成品零件图；

图5为本发明的洗衣机轴零件图。

图中：100、阶梯轴；200、铣钻半成品轴；300、半精车成品轴；400、精车成品轴；500、洗衣机轴；

1、左端面；2、右端面；3、倒角；4、左中心孔；5、右中心孔；6、小端处；7、大端处；8、传动外圆；9、平面；10、直纹滚花；11、第一轴承位；12、第二轴承位；13、密封位；14、螺纹。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

一种洗衣机轴500，其轴侧面上从左至右依次设有大端处7、密封位13、第二轴承位12、过渡段、第一轴承位11、传动外圆8和小端处6，大端处7外表面上滚压出直纹滚花10，小端处6外表面上滚出螺纹，传动外圆8处铣出两个相对应的平面9。在装配时，洗衣机轴500通过轴承位与滚动轴承的配合进行支承，密封位与密封圈配合，保证洗涤液不渗漏的，阻挡水气、灰尘，为了保证高速旋转时的跳动精度，提高洗衣机整机寿命，需要保证洗衣机轴500上轴承位与密封位的强度要求，而现有技术工艺的做法是对表面高频淬火，以保证硬度指标，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，强化工艺不稳定。

为了解决现有洗衣机轴500的强化工艺不稳定的缺陷，本实施例提供了一种洗衣机轴500的加工方法，采用冷挤压工艺来加工棒料使其成型为阶梯轴100，通过冷挤压工序使棒料成型为阶梯轴100，挤压成形的尺寸精度高，后续车削加工时省去粗车工序，降低了生产制造成本，而且，挤压变形改善棒料的组织，在零件内部形成合理的纤维流线分布，提高了棒料的强度，洗衣机轴500在工作时，既需要正反转，有需要快慢转，由于需要承受很大的交变力矩影响洗衣机轴500的使用寿命，而棒料的强度的提升能够增强洗衣机轴500承受交变力矩的能力，有利于提高洗衣机轴500的使用寿命，并与后续的镜面滚压相配合，克服了现有洗衣机轴500的强化工艺不稳定的问题；在冷挤压工序后，铣钻加工后的阶梯轴100，铣削两端面、倒角并打中心孔，以便采用双顶尖工装法对阶梯轴100进行夹持。半精车、精车、铣扁及镜面滚压工序均采用双顶尖工装法，便于工作人员操作、切换、批量生产，装夹效率提升3倍以上，此外，也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，克服了由于定位基准不统一而导致的加工精度不高的技术难题。

所述的加工方法具体包括以下步骤：

(ⅰ)下料：根据直径尺寸选用45钢棒料，并按长度要求锯切棒料；

(ⅱ)磨削：锯切的棒料落入砂带磨床的上料框，自动上料，棒料排布在链轮上，依次进行粗磨、精磨工序，磨削总深度0.1～0.15mm，粗磨时的砂带线速度14～16m/s，精磨时的砂带线速度24～26m/s，工件进给速度1～4m/min；

(ⅲ)浸涂：磨削后的棒料随链轮进入到v型架上，用热水管喷淋棒料，预热棒料，使棒料温度在65～75℃之间；v型架上的棒料直接落入冷挤压润滑剂浸涂槽内浸泡，浸泡时间为12～18s之间，然后取出，自然晾干；

(ⅵ)成型：对涂有冷挤压润滑剂的棒料进行成型加工，其中，采用冷挤压工艺来加工棒料使其成型为阶梯轴100，铣钻加工后的阶梯轴100，铣削两端面、倒角并打中心孔，采用双顶尖工装法对阶梯轴100进行夹持，进行后续的成型工序，直至得到符合尺寸精度要求的洗衣机轴500。

所述的步骤(ⅵ)中的成型方法具体为：

a.冷挤压：使用液压机，将涂有冷挤压润滑剂的棒料放入模腔内，冷挤压棒料使其成型为阶梯轴100，如图1所示，在自然状态下冷却；

b.铣钻加工冷挤压处理后的阶梯轴100，阶梯轴100的两端分别为左端面1和右端面2，铣削左端面1和右端面2，并在左端面1的边缘处铣出倒角3，然后在左端面1和右端面2上分别打左中心孔4和右中心孔5，得到铣钻半成品轴200，如图2所示，以便采用双顶尖工装法对铣钻半成品轴200的两端进行夹持；

c.半精车：半精车处理铣钻半成品轴200，使其成型为具有洗衣机轴500轮廓、无氧化黑皮的半精车成品轴300，如图3所示；

d.精车：精车处理半精车成品轴300，使其成型为满足洗衣机轴500尺寸要求的精车成品轴400，精车成品轴400的侧面上从左至右依次为：大端处7、密封位13、第二轴承位12、过渡段、第一轴承位11、传动外圆8和小端处6，如图4所示；

e.滚丝：使用自动滚丝机在精车成品轴400上的小端处6滚出螺纹14；

f.铣平面：在精车成品轴400上的传动外圆8处铣出两个相对应的平面9；

g.滚压：在精车成品轴400上的大端处7滚压出直纹滚花10；

h.镜面滚压：对精车成品轴400上的第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13进行镜面滚压，使其成型为符合尺寸精度要求的洗衣机轴500，如图5所示。

其中，步骤b中在对阶梯轴100采用双顶尖工装法夹持时，所使用的具体装置包括左顶尖、右顶尖、底座、顶尖驱动机构、v型托架，两个顶尖同轴且顶部相对，左顶尖固定于机床主轴上，右顶尖固定于右底座，顶尖驱动机构可带动右顶尖沿机床主轴方向往复移动，v型托架连接在目的机床刀座上，不妨碍加工，且可旋转使其上的工件与两顶尖同轴。具体操作方法为：放入待加工工件于v型托架上，阶梯轴100上的左中心孔4放在左顶尖头部，顶尖驱动机构带动右顶尖沿机床主轴方向向左移动，右顶尖插入工件右中心孔5内，两顶尖顶紧工件，v型托架回转至原位，此后在不同的机床可完成半精车、精车、铣扁及镜面滚压等加工工序。

实施例1

本实施中，下料时，选用45钢棒料，具有以下优点：45钢棒料表面有氧化层较少，减少磨削层也有利于降低原材料的使用，降低生产成本；使用的棒料长度为130mm，直径为36mm。磨削时，由于45钢棒料表面有氧化层较少，粗磨时的砂带线速度15m/s，精磨时的砂带线速度25m/s，工件进给速度2m/min，磨削总深度0.12mm，即能使得磨削后的棒料表面没有铁锈，满足使用要求，也降低了磨削时间，有利于提升生产效率；浸涂时，用热水管喷淋棒料，预热棒料温度达到72℃，棒料在冷挤压润滑剂浸涂槽内的浸泡时间为15s，有利于在棒料表面和冷挤压模具表面形成致密的涂膜，采用的冷挤压润滑剂为浙江运承环保科技限公司生产的yc-802环保型冷挤压润滑剂，属于涂覆型润滑剂，不存在与基材的化学反应，相比于传统的磷化-皂化处理工艺，在提升生产效率的同时，该润滑剂具有安全无毒，无环境污染物排放，而且形成的涂膜薄，成本也降低了30％～45％；与普通的冷挤压润滑剂相比，能够有效保证45钢棒料的加工精度，提高表面质量，后续车削加工时省去粗车工序，有利于降低生产制造成本；此外，也最大限度保护模具表面，延长模具的使用寿命，提高产品的成品率，降低能耗，操作起来简易，能够满足该45钢棒料在冷挤压工序时由于一次挤压出双台阶而存在的引伸度大、变形率高、曲面复杂的使用需求；冷挤压时，采使用200t液压机，采用正挤压方式，成形力800kn，一次挤压出双台阶以得到阶梯轴100，阶梯轴100的长度在157～159mm之间，其左右两端分别为左端面1和右端面2，中间形成密封位13，左端面1的直径为36mm，右端面2的直径在30.7～30.9mm之间，大大节省原材料，平均每根轴省料一公斤左右，降低原材料成本；铣钻加工冷挤压处理后的阶梯轴100，得到铣钻半成品轴200，铣钻半成品轴200的长度在155.1～156.1mm之间，其中，左中心孔4和右中心孔5的粗糙度均为ra3.2，有利于通过双顶尖工装法统一半精车、精车以及镜面滚压等后面工序的基准，提高加工精度；半精车处理铣钻半成品轴200时，车床主轴转速为2800～2900r/min，进给速度为2.5～3mm/r，得到半精车成品轴300，半精车成品轴300的右端自右向左依次形成小端处6、传动外圆8以及第一轴承位11，其中，半精车第一轴承位11时的车床主轴转速为2900r/min，进给量为0.3mm/r，在保证精车加工的精度要求时，提高加工效率，半精车密封位13时的车床主轴转速为2800r/min，进给量为0.3mm/r，保证精车加工的精度，提高加工效率，；精车处理半精车成品轴300时，车床主轴转速为2500～2900r/min，进给速度为0.16～2.0mm/r，得到精车成品轴400，精车成品轴400上密封位13和第一轴承位11之间自左至右依次形成过渡段和第二轴承位12，其中，精车小端处6时的车床主轴转速为2900r/min，进给量为0.18mm/r，以确保小端处6处的直径在14.60～14.62mm之间，避免了由于小端处6处的直径过小而一次性难以滚出合格的螺纹14，为了防止破坏滚丝轮和夹具，又不能重复滚压，所以此举有利于保证滚出的螺纹14精度满足使用要求，此外，也能避免由于小端处6处的直径过大而损坏滚丝轮；精车传动外圆8时的车床主轴转速为2800r/min，进给量为0.2mm/r，保证传动外圆8加工精度，有利于传动外圆8与传动机构的配合，提高洗衣机轴500的使用寿命；精车第一轴承位11时的车床主轴转速为2700r/min，进给量为0.16mm/r，使得第一轴承位11的表面粗糙度达到ra1.8，有利于后续的镜面滚压工序处理，有利于第一轴承位11形成具有强硬度、刚精度的表面层；精车第二轴承位12时的车床主轴转速为2900r/min，进给量为0.18mm/r，第二轴承位12的结构由于在精车工序中直接形成的，通过提升了主轴转速，保证第二轴承位12的表面粗糙度达到ra1.8，以便第二轴承位12形成具有强硬度、刚精度的表面层；精车密封位13时的车床主轴转速为2800r/min，进给量为0.16mm/r，使得密封位13的表面粗糙度达到ra1.8，以便密封位13形成具有强硬度、刚精度的表面层；精车过渡段时的车床主轴转速为2800r/min，进给量为0.16mm/r，有利于提升加工效率。使用自动滚丝机在精车成品轴400上的小端处6滚出螺纹14时，自动滚丝机主轴转速为80r/min，与小端处6的直径尺寸相对应，保证螺纹14的加工精度。在精车成品轴400上的传动外圆8处铣出两个相对应的平面9时，铣扁床主轴转速为300r/min，进给量为0.25mm/r，保证了平面9的加工精度，有利于传动机构带动洗衣机轴500转动，精度的提升有利于在洗衣机正反转的交变力矩作用下，保证高速旋转时的跳动精度；镜面滚压精车成品轴400时，对精车成品轴400上的第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13进行镜面滚压，洗衣机轴500上的第一轴承位11、第二轴承位12的表面粗糙度达到ra0.6，密封位13的表面粗糙度达到ra1.6。

本实施例中，采用镜面滚压技术替代传统磨削工艺对第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13进行处理，加工效率提升50％以上，极大提升第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13的光洁度，有利于轴承的装配稳定以及密封位寿命的延长，尤为重要的是，在不增添任何工艺处理的前提下，通过镜面滚压工序处理，使第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13处的表层组织冷硬化和晶粒变细，形成致密的纤维状，并形成残余应力层，硬度和强度提高，从而改善了第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13处表面的耐磨性、耐蚀性和配合性，较大幅度地改善材料表面的疲劳寿命、抗应力腐蚀能力，此外，也有利于防止密封位13处的由于水汽和灰尘的腐蚀而造成的损坏。

需要强调的是，镜面滚压工序时在第一轴承位11、第二轴承位12和密封位13处表面产生硬化层的同时，使得硬化表面层与材料内部有明显的分层现象，很容易造成表层脱落，进而造成洗衣机轴500在进行镜面滚压工序时发生损坏，这也使得生产成本上升，不利于大规模的批量生产，而本实施例中，同时，冷挤压工序中改善棒料的组织，在零件内部形成合理的纤维流线分布，使阶梯轴100的硬度高于原材料的硬度，这样在进行后续的镜面滚压工序时，降低了镜面滚压形成的硬化表面层与材料内部的硬度差，弱化了硬化表面层与材料内部之间分层所带来的不利影响，大大降低了表层脱落的现象，降低了洗衣机轴500在进行镜面滚压工序时发生损坏的概率；在成品率测试中，对两组阶梯轴进行测试，一组为实验组，其样品为经冷挤压工序形成的阶梯轴，另一组为对照组，其样品为经粗车形成的阶梯轴，数量均为200个，在先后经过半精车及精车处理后，在同等参数的镜面滚压工序测试后，发现经实验组在经过镜面滚压工序后，成品数为196个，而对照组在经过镜面滚压工序后，成品数为172个，由此可见，冷挤压工序能够大大降低洗衣机轴500在进行镜面滚压工序时发生损坏的概率。

更进一步，随着冷挤压工序成型为阶梯轴100的硬度提高，永久变形量也减少，造成镜面滚压的效果变差，严重时会导致镜面滚压处理后轴的表面上较深的刀纹不能被滚压光，使得表面加工效果不能符合精度要求，在本实施例中，精车成品轴400上的第一轴承位11、第二轴承位12的表面粗糙度达到ra1.8，密封位13的表面粗糙度达到ra1.8，通过镜面滚压处理后，洗衣机轴500上的第一轴承位11、第二轴承位12的表面粗糙度达到ra0.6，密封位13的表面粗糙度达到ra1.6，通过控制轴的表面上的表面粗糙度，即刀纹深浅，并且采用双顶尖工装法，统一精车以及镜面滚压工序的基准，使得轴的表面上刀纹均能被滚压光，使得表面加工效果能够符合精度要求。

本实施例还公开了一种洗衣机轴，其采用以上所述的加工方法制成。

以上所述仅是该发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，相关技术领域的技术人员，在本发明的技术范围内，依据本发明的技术方案、思路做出的变换或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。