AMT變速器閥體精密制造工藝技術(shù)

吳亞渝，鐘　浩，劉　儀，楊大剛

(重慶鐵馬工業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 400050)

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AMT變速器閥體精密制造工藝技術(shù)

吳亞渝，鐘浩，劉儀，楊大剛

(重慶鐵馬工業(yè)集團(tuán)有限公司，重慶 400050)

摘要：AMT變速器閥體零件外形復(fù)雜，孔系的尺寸及位置精度要求高，孔系間壁厚較薄，承受的油壓較大，因此對(duì)加工的精度要求較高。通過研究并運(yùn)用三維仿真加工與高速切削，實(shí)現(xiàn)了閥體零件精密加工，解決了類似零件加工難題。

關(guān)鍵詞：三維仿真加工；高速切削；精密加工；組合式刀具

AMT變速器自動(dòng)操縱裝置是自動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)換擋、離合器執(zhí)行及離合器應(yīng)急操縱等各項(xiàng)功能的核心部件。該裝置主要以閥體類零件為主，該零件具有如下特點(diǎn)：1)外形多為曲面結(jié)構(gòu)，整體曲面由形狀各異的單個(gè)曲面拼接而成，且曲面曲率呈不規(guī)則變化；2)閥體上與閥芯相配合的閥孔均為多級(jí)臺(tái)階+過渡錐面的結(jié)構(gòu)，公差要求較高；3)材料為鋁合金，閥孔的表面粗糙度要求較嚴(yán)；4)零件壁薄，最薄處僅為3 mm，需承受工作壓力為7 MPa。

根據(jù)此類閥體零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及材料特性，利用三維仿真加工軟件，通過實(shí)體建模、高速切削仿真加工、數(shù)控加工程序生成和機(jī)床在線加工，實(shí)現(xiàn)零件從毛坯到成品的過程[1]。提前掌握刀具、零件及夾具之間是否存在干涉，可避免高速切削不穩(wěn)定情況發(fā)生，確保零件的一次合格率；同時(shí)，通過高速鏜鉸達(dá)到低表面粗糙度、高尺寸精度的產(chǎn)品特性，從而代替磨削加工完成閥體零件的精密制造。

AMT變速器自動(dòng)操縱裝置包含多種閥體類零件，其三維模型如圖1所示。其中閥體1的外形及孔系復(fù)雜，是較為典型的閥體零件。本文以該典型零件為例介紹其工藝研究過程。

1閥體三維仿真加工

1.1加工毛坯及裝夾方式

閥體零件的外形加工包含多個(gè)面(見圖1)，利用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工特點(diǎn)，確定零件毛坯狀態(tài)與裝夾方式(見圖2)，使被加工面呈開放狀態(tài)。

圖1　閥體三維圖

圖2　毛坯及裝夾方式

1.2仿真加工策略

1.2.1構(gòu)建毛坯及零件模型

圖3　毛坯模型　　　　　　　　圖4　零件模型

根據(jù)實(shí)物狀態(tài)，構(gòu)建三維毛坯模型(見圖3)。先進(jìn)行外形銑削，因此仿真外形加工時(shí)可暫時(shí)去除掉零件表面的孔特征，避免原模型上的孔特征在生成加工刀路時(shí)對(duì)刀路產(chǎn)生影響。零件模型如圖4所示。1.2.2創(chuàng)建刀具模型

通過測(cè)量零件外形結(jié)構(gòu)中的最大深度、最窄空間寬度等數(shù)據(jù)，分別構(gòu)造適合用于零件粗加工、半精加工及精加工的刀具(見圖5)。

圖5　銑刀參數(shù)

1.2.3切削路線仿真

該零件外形可視為一個(gè)六面體結(jié)構(gòu)，加工時(shí)可按照一定的順序分別加工每個(gè)平面。

1)頂面加工。由于頂面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工余量大，并且包含曲面結(jié)構(gòu)，故在頂面加工時(shí)，分別采用型腔銑、固定輪廓銑策略，并結(jié)合不同刀具，將頂面加工分為粗加工、半精加工及精加工(見圖6)。

圖6　切削路線仿真

粗加工時(shí)，采用φ63 mm面銑刀，高速銑主軸轉(zhuǎn)速2 000 r/min或更高；半精加工時(shí)，采用直徑為φ10 mm的立銑刀，高速銑主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min或更高；精加工清根時(shí)，采用直徑為φ8 mm的球頭銑刀，高速銑主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到5 000 r/min。通過后置處理后數(shù)控程序如下：

TOOL CALL 1 Z S2000

M128

L X0.0 Y-172. Z10. A0.0 C0.0 R0 M3 FMAX

L Z-1. F5000. M7

L Z-4. F1000.

L Y-112.34

L X-85.

·

·

TOOL CALL 2 Z S3000

L X-6.302 Y157.632 Z10. A0.0 C0.0 R0 M3 FMAX

L Z-3. F5000. M7

L Z-6. F1500.

L X5.644 Y152.581

L X6.263 Y152.304

·

·

TOOL CALL 4 Z S5000

L X-28.07 Y-70.999 Z4.9 A0.0 C0.0 R0 M3 FMAX

L Z-5.012 F5000. M7

L Y-70.964 Z-5.534 F3000.

L Y-70.862 Z-6.047

L Y-70.694 Z-6.543

·

·

實(shí)際加工效果如圖7所示。

圖7　實(shí)際加工效果

2)四周加工。零件四周平面結(jié)構(gòu)大致相同，采用型腔銑策略，配合不同尺寸刀具一次完成仿真加工(見圖8)。

圖8　四周平面仿真加工

3)底面加工。零件底面為型腔結(jié)構(gòu)，采用型腔銑策略進(jìn)行一次仿真加工完成(見圖9)。

圖9　底面仿真加工

由于刀具長(zhǎng)度限制，在加工時(shí)，分別采用直徑不同的銑刀進(jìn)行加工，部分?jǐn)?shù)控程序內(nèi)容如下：

TOOL CALL 6 Z S3000

L X-84.5 Y160.5 Z-32.998 A-90. C0.0 R0 M3 FMAX

L Y151. F5000. M7

L Y148. F1500.

L X-74.6

·

·

TOOL CALL 3 Z S1500

L X-86.74 Y160.5 Z-138.488 A-90. C0.0 R0 M3 FMAX

L Y79.545 F5000. M7

L Y76.545 F750.

L X-71.856 Z-141.42

L X-71.968 Z-141.879

·

·

實(shí)際加工效果如圖10所示。

圖10　零件實(shí)際加工效果

2閥體孔系精密加工

2.1孔系加工刀具確定

該零件孔系分布及閥孔特點(diǎn)示意圖如圖11和圖12所示。該零件孔尺寸從φ13H8到φ48H8 mm，變化大，并且在各孔內(nèi)臺(tái)階之間有過渡錐面和過渡圓角，檢測(cè)困難，要求各孔表面粗糙度為Ra0.8 μm，圓柱度為0.005 mm。而且零件材料為鋁合金，很難采用磨削或手工研磨的方式對(duì)孔進(jìn)行精加工。

圖11　零件孔系分布圖

圖12　零件孔系特點(diǎn)示意圖

因此，采用硬質(zhì)合金整體組合鉆(或組合式鏜刀)完成孔半精加工工步，PCD鉸刀進(jìn)行精鉸的方式進(jìn)行孔系加工，刀具如圖13所示。

圖13　整體刀具

2.2裝夾方式

零件主要加工孔系均集中在上半部分，為保證加工部位開放，防止刀具干涉，以及裝夾的方便，采用“一面兩銷”的定位方式，利用底平面和6-φ10.5 mm孔定位。裝夾后的零件如圖14所示。

圖14　裝夾實(shí)物

2.3加工參數(shù)

聚晶金剛石(PCD)刀具作為20世紀(jì)70年代開始運(yùn)用的高級(jí)刀具材料，具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率，特別是在有色金屬加工方面,相比其他刀具材料來說具有更大的優(yōu)勢(shì)[2]。這類型的刀具在國(guó)外已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，國(guó)內(nèi)先進(jìn)加工企業(yè)也已經(jīng)開始使用；但對(duì)于組合式PCD刀具是第1次運(yùn)用，由于孔系臺(tái)階尺寸跨度大，因此，刀具加工參數(shù)的選用極為關(guān)鍵。

通過試驗(yàn)可知，當(dāng)選擇精鉸刀具直徑為φ12～φ16 mm，主軸轉(zhuǎn)速為4 000～4 500 r/min，即切削速度保持在約為200 m/min，進(jìn)給量為300 mm/min；或精鉸刀具直徑為φ25～φ48 mm，主軸轉(zhuǎn)速為2 500～3 800 r/min，進(jìn)給量為170～250 mm/min時(shí)，加工出的多組孔表面質(zhì)量穩(wěn)定，表面粗糙度均保持在約Ra0.2 μm。單孔系加工時(shí)間最長(zhǎng)≤4 min，最短只需0.5 min。加工完成的零件效果圖如圖15所示。

圖15　零件實(shí)際加工效果圖

3結(jié)語

通過對(duì)閥體精密加工的研究，有效解決了閥體表面復(fù)雜曲面、多臺(tái)階高精度孔及深孔的加工，實(shí)現(xiàn)了三維仿真加工技術(shù)及高速加工技術(shù)在此類零件加工中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 展迪優(yōu)．UG NX8.0 數(shù)控加工教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 白清順，姚英學(xué)．聚晶金剛石(PCD)刀具發(fā)展綜述[J].工具技術(shù)，2002, 36(3):7-10.

責(zé)任編輯馬彤

AMT Gearbox Body Precision Manufacturing Process Technology

WU Yayu, ZHONG Hao, LIU Yi, YANG Dagang

(Chongqing Tiema Industries Corporation, Chongqing 400050, China)

Abstract：AMT gearbox body parts have the complicated shape, the holes size and position have the high demand of precision, the partition of a series of holes is thinner, and the holes are under the high oil pressure, so the machining accuracy requirement is higher. Through the research and the using of 3D simulation and high speed cutting technology, the valve body parts are in precision machining, and the similar parts machining problem is solved.

Key words:3D simulation machining, high speed cutting, precision machining, combined tool

中圖分類號(hào)：U 463.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

收稿日期：2015-12-29

作者簡(jiǎn)介：吳亞渝(1979-)，女，高級(jí)工程師，主要從事工藝技術(shù)及管理等方面的研究。