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热加工
锥花键齿轮轴抛丸质量问题及排除
山推工程机械股份有限公司! （山东济宁! #$$$） ! 张! 瑞! 王春英! 蔡! 娟
抛丸（喷丸）是现代机械工业中的一项重要技术，
除了在造船、机车、汽车、工程机械等行业中，被用于
铸件清理、钢材预处理、喷漆前处理、涂胶前处理及表
面强化外，还用于飞机制造的成形加工。我公司拥有多
条吊钩式抛丸清理线，主要用于型材焊前处理、结构件
喷漆前处理、轴类和齿轮等传动件的表面除锈和强化。
锥花键齿轮轴是我公司生产的推土机传动系统中的主要
传动件之一，具有结构紧凑、传动平稳、传递转矩大等
方面的优点，但是其质量要求较高，加工制造工艺也比
较复杂。在制造过程中，有两道抛丸工序。某一段时间，
各机型锥花键齿轮轴连续多个批次曾出现花键被“打毛”
现象，严重影响后续的装配。为此，我们对相关环节进
行了试验、跟踪，最终快速解决了质量问题。
#& 抛丸清理设备
（#）设备组成! 我公司采用一台双钩式抛丸清理机
对锥花键齿轮轴抛丸处理，设备由抛丸清理室、弹丸循
环系统、轨道、吊钩、自转机构、除尘系统及电气控制
部分组成。该设备主要用于小型铸件、锻件及钢结构件
的表面清理及抛丸强化，以去掉工件表面的粘砂、砂芯
及氧化皮，也用于对热处理件的表面清理及强化，主要
是推土机传动系统所用的一些盘类和轴类零件。
（$）主要技术参数! 该设备采用了 % 台 &’(% 抛丸
器，主要技术参数如表 # 所示。
表 #% 抛丸清理机主要技术参数
项! ! 目 技术参数
抛丸量 )*·+,- . # % / $0’
抛射速度 +·1 . # 20
抛丸器功率 )3 % / #0
弹丸直径 ++ ’4 5 6 #4 $
吊钩行走速度 +·+,- . # #% 6 $5
吊钩升降速度 +·+,- . # 5
吊钩自转转速 7·+,- . # $4 5
起重量 8 (
（(）工作原理! 该抛丸清理机由两个吊钩装载工件
交替进入抛丸清理室进行抛丸清理。工作时，当准备工
作（除尘系统、提升机、螺旋输送器、分离器等运行）
完毕后，机器开始正常工作。首先，吊钩!下降吊起工
件，上升至一定位置，然后沿轨道进入抛丸清理室，当
到达预定位置后停止并开始自转。此时关闭抛丸清理室
大门，打开抛丸器，开供丸闸，开始按设定的时间对工
件进行抛丸清理。同时，吊钩在室外吊起工件，并等
吊钩!移出室体后进入室体进行抛丸清理。重复此过程
直至工作完毕，按顺序停机。
工作程序如下：
除尘系统开(提升机开(螺旋输送器开(分离器开
(吊钩!在清理室外装载工件，升至一定高度，接触行
程开关以后停止(吊钩 9 进入清理室内，到预定位置后
停止(清理室大门关闭，吊钩!开始旋转(抛丸器开(
供丸闸开，清理开始(同时吊钩在清理室外装载工
件，升至一定高度，接触行程开关以后停止(吊钩!所
挂工件清理完毕，供丸闸门关(抛丸器停(吊钩!转停
(清理室大门开，吊钩!移出清理室(吊钩进入清理
室内，到预定位置后停止(清理室大门关闭，吊钩开
始旋转(抛丸器开(供丸闸开，清理开始(吊钩 9 在清
理室外卸工件(吊钩!在清理室外装载工件，升至一定
高度，接触行程开关以后停止(吊钩所挂工件清理完
毕，供丸闸门关(抛丸器停(吊钩转停(清理室大门
开，吊钩移出清理室，重复工作(生产结束(供丸闸
自动关闭，停止抛丸器、吊钩转、螺旋输送器、分离
器、除尘器直至整机的运行。
（%）技术优点! 采用该设备处理同样的工件具有以
下优点：#提高机械产品和金属构件的抗疲劳性能。
$消除应力集中。%延长其使用寿命。&优化工件的表
面工艺状态。’大大提高清理效率。(减轻清理工作的
劳动强度。)减轻环境污染。
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& 锥花键齿轮轴及其工艺
（#）锥花键齿轮轴零件信息! 作为推土机传动系统
的关键零件，锥花键齿轮轴零件尺寸精度高，制造工艺
复杂。零件结构及关键技术参数、要求如图 # 所示。零
件材料为 $$%&’($)*’+,，气体渗碳、快速加热淬火回
火硬度为 -. / -0,1%。
图 #! 锥花键齿轮轴零件
（$）制造工艺路线 ! 根据零件的材质、结构、尺
寸、表面处理等，结合公司车间的设备情况，编制和执
行的工艺路线如表 $ 所示。
表 ! 制造工艺路线
序号 制造单位 工序内容 说明
# 采购部 工序外协（锻造）
! 我公司不具备锻造
生产能力，故通过采
购部门进行工序外协
$
热处理分厂
（车间）
热处理
! 对锻造件进行正火
处理
2
金加工分厂
（车间）
#3 粗车长端各部位
$3 调头粗车各部位
23 打中心孔
43 调头打中心孔
03 精车长端各部位
-3 调头精车各部位
53 滚齿
63 滚花键
73 倒角
—
4
热处理分厂
（车间）
热处理 ! 调质处理
（续）
序号 制造单位 工序内容 说明
0
金属结构
分厂
（车间）
抛丸
! 去除调质处理过程
产生的氧化皮，强化
表面
-
金加工分厂
（车间）
#3 车螺纹
$3 打标记
—
5
热处理分厂
（车间）
热处理 ! 滚齿淬火
6
金属结构
分厂
（车间）
抛丸 —
7
金加工分厂
（车间）
#3 研磨中心孔
$3 磨外圆
23 磨外圆
43 磨齿
—
（2）抛丸工装及工艺! 锥花键齿轮在整个制造过程
中有两道抛丸工序，主要目的：去除热处理过程产生的
氧化皮；强化表面；消除齿部应力。
从工件技术要求及工艺过程可以看出，花键部位只
要求调质处理，因此表面硬度较低，只有 $-7 /
26#,89，而且对花键表面粗糙度和尺寸精度要求都较
高。而我们采用的弹丸是钢丝切丸，硬度达到 4. /
40,1%。要想达到表面强化的目的，就必须保证一定的
抛丸时间，但是抛丸时间过长势必对花键造成影响，破
坏其表面粗糙度，影响到最终的装配。因此，我们采用
了专门的工装，将花键部位保护起来，但仍然可以被弹
丸抛射到，只是抛射的频次较齿轮部位大大降低。另
外，该工件不易吊挂，采用专用工装即解决了吊挂问
题，又实现了多件同时抛丸生产，提高了生产效率。同
时，避免了工件碰撞对花键及齿轮造成的破坏和重叠导
致的抛丸“盲区”。
第一道抛丸工艺流程为：将工件放入专用工装(将
工件吊入抛丸清理室(关闭抛丸室大门(抛丸(将工件
吊出抛丸清理室(将工件移出专用工装(清理（压缩空
气）。
第二道抛丸工艺流程为：屏蔽螺纹（专用保护套）
(将工件放入专用工装(将工件吊入抛丸清理室(关闭
抛丸室大门(抛丸(将工件吊出抛丸清理室(将工件移
出专用工装(清理（压缩空气）。
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热加工
&’ 原因分析
在 #$$% 年底至 #$$& 年初，各机型推土机锥花键齿
轮连续多个批次出现花键被“打毛”现象，即锥花键在
抛丸过程中发生塑性变形。由于变形量过大，在装配过
程中不能与内花键很好配合，出现装不进去的现象。
为找出“打毛”原因，我们采用“鱼刺图”进行
层层分析，如图 # 所示。
图 #! 原因分析鱼刺图
分析说明：
（’）由于设备地点没有发生变化，工艺流程也没有
发生变化，所以不存在环境影响问题。
（#）从操作人员方面来看，操作不当或者不严格按
工艺执行都有可能导致抛丸的质量问题，比如操作者人
为加长抛丸时间，导致“过抛”现象。
（(）在设备方面，如果控制系统出现问题，比如计
时器不准，实际抛丸时间比设定的时间要长，也会导致
“过抛”现象。
（)）抛丸方法及抛丸时间是决定抛丸质量的关键因
素，但是设备、工艺未做改变，应该不是工艺或抛丸方
法问题。
（*）材料方面，可能是工件材料或者是热处理硬度
达不到设计要求，导致材料在抛丸时表面容易发生塑性
变形；另外，我们知道，运动的物体能够产生一定的机
械效果，这个效果的强弱取决于物体的质量和速度两个
因素。生产辅料———抛丸磨料的尺寸过大，弹丸质量增
大，在抛射速度不变的情况下，动量（+!）增加，弹
丸对工件表面的机械冲击力增加，工件表面塑性变形加
大。弹丸形状不符合要求，存在尖角，或者弹丸硬度过
大，对工件的切屑作用增强，就会出现“打毛”现象。
(’ 分析结论
针对上述可能存在的因素，对锥花键齿轮的抛丸生
产进行现场跟踪，按不同因素进行逐一调查分析，结果
如下：
（’）操作人员没有改变，对设备、工艺熟练，不存
在误操作或不按工艺操作现象。
（#）设备不存在故障，计时器准确，不存在问题。
（(）工艺和以前相比没有变更，但是按照工艺规定
的时间，锥花键出现了“过抛”、“打毛”现象。为此，
我们现场调整，缩短了抛丸时间，结果发现仍有“打
毛”现象，而且许多部位的抛丸质量达不到要求。显
然，抛丸时间不能缩短，抛丸覆盖率低，达不到强化效
果，导致齿轮后序磨齿易出现裂纹。
（)）通过对工件表面硬度测试表明，工件表面硬
度、材质符合质量要求。
（*）工艺要求抛丸磨料直径为 $, & - ’, #++，但现
场的弹丸直径明显超过 ’, #++，大的达到 #, *++，而且
丸料未经过预处理。
通过以上跟踪、分析，可以确定抛丸磨料是造成锥
花键齿轮“打毛”的主要原因。此外，现场弹丸还存在
以下问题：
第一，直径过大，造成质量过大、冲量较大。
第二，形状不符合要求，带有尖角、锐边，如图 (
所示。
图 (! 不符合要求的弹丸
)’ 解决措施及效果
根据造成锥花键齿轮“打毛“的主要原因，我们制
定了以下对策：将用于涂装前处理和用于表面强化处理
的抛丸用弹丸进行区分，在进行锥花键齿轮抛丸的设备
上采用直径较小、形状规则的弹丸。
分别采用不同直径弹丸和不同形状弹丸进行抛丸工
艺试验。根据工艺试验结果，我们选择直径为 $, * -
$, &++、硬度 )* - **./0，经过预处理，呈球状，不存
在尖锐边、角和碎片的钢丝丸作为锥花键齿轮抛丸磨
料。钢丸不一定是规则球体，但所有的角必须是圆的
（见图 )），并通知有关部门采购规定弹丸进行生产。
图 )! 合格弹丸形状
!#$ %&#$’($ 热 处 理 ! ! ! ! ! ! !
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))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))
根据实际生产情况，更换了新选择的弹丸进行锥花键
齿轮抛丸，在不改变其他工艺参数的情况下，工件表面抛
丸覆盖率及强化效果达到工艺要求的同时，解决了花键部
位被“打毛“的现象和质量问题，保证了生产的正常进行。
&’ 结语
影响质量的因素是多方面的，辅料的选择也会对工
件的质量造成很大的影响。因此，作为工艺人员，应从
以下方面防止类似质量问题的发生：
（#）关注车间生产现场细节，随时了解情况。
（$）做好工艺检查，加强对辅料的型号、质量的控
制。
! （$%#%%#$&）
利用热处理变形规律
解决实际问题
宣化工程机械股份有限公司! （河北! #$%$） ! 闫保秋! 刘振邦! 张佃友
! ! 【摘要】 ! 热处理变形在热处理过程中在所难免，热处理变形有时是有规律的，掌握零件的热处理的变
形规律，可以解决一些零件的热处理变形问题，减化生产工序，降低生产难度，节约生产成本。
$’ 技术攻关的确定
链齿是推土机的重要传动零件，且用量大（#%件 台）。
$%%’ 年我公司准备上一套链齿热处理专用设备，后因金
融危机影响，设备采购也暂缓。为减少外购开支，公司
开始对链齿热处理进行技术攻关，并以 ()&* 推土机用
链齿 $+%,%%,（如附图所示）为攻关对象。该零件材质
为 +*-$(./0；技术要求：热处理后表面硬度 -1 2
1$345，淬硬层*166。
链齿简图
’ 具体实施过程
链齿这种不规则零件在热处理时肯定有较大变形，
关键是变形是否有规律。首先将 $% 件零件先按图样要求
加工成形，并钻好孔，再进行热处理。热处理在箱式炉
中进行加热、保温、水淬，淬火后硬度在 11 2 &%345，
淬硬层在 , 2 #%66；采用 7%%8回火后，硬度在 -1 2
1$345，符合热处理技术要求。用三坐标检测，零件 -
个孔之间的间距发生了较大变化，具体如表 # 所示。
! 表 $! !&#齿块试验件孔位置实测数据 （66）
序号 )9# )9$ ):$ )97 ):7
# #%7; $,7 $%#; %-- 7#; <-& <,; <-7 7$; #7
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