乘用車傳動總成透明殼體加工方法

楊永修，王樂，王海濤，李少萌

中國第一汽車集團(tuán)有限公司研發(fā)總院試制所 吉林長春 130000

汽車的傳動系統(tǒng)一般由變速器、減速器和差速器等零部件組成，傳動系統(tǒng)是汽車發(fā)動機所發(fā)出的動力靠傳動系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動車輪。傳動總成的潤滑對內(nèi)部結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用，它的性能好壞直接影響整車的穩(wěn)定性和燃油性。在傳動總成開發(fā)前期，對其潤滑性能會進(jìn)行上百次并長時間的臺架測試，監(jiān)測發(fā)動機低速時傳動總成機構(gòu)之間的潤滑狀態(tài)和效果。傳統(tǒng)的研發(fā)階段，使用的傳動總成殼體是鑄造金屬毛坯，在監(jiān)測潤滑狀態(tài)時，通過在金屬殼體表面開一個窗口并用安裝玻璃封堵的方法觀測潤滑過程。由于觀測視野受限，監(jiān)測數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致注入的潤滑油液過多，造成不必要的浪費。為解決以上問題，本文針對有機玻璃特殊材料的加工方法進(jìn)行研究與論述。

有機玻璃加工刀具研究與制造

1.單刃立銑刀研究與制造

數(shù)控立銑刀是一種旋轉(zhuǎn)刀具，工作時各刀齒依次間歇地切去工件的余量，常規(guī)的數(shù)控立銑刀在加工非金屬有機玻璃時，通過選用不同規(guī)格的加工刀具，對刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、背吃刀量、切削區(qū)域以及加工路徑等60多項幾何參數(shù)進(jìn)行研究，常規(guī)的立銑刀和球頭銑刀只能用于粗加工，精加工時有粘刀和被燒結(jié)現(xiàn)象，無法達(dá)到所要求的表面質(zhì)量以及透明度。

為解決粘刀造成的殼體表面燒結(jié)現(xiàn)象，研究設(shè)計了一種大螺旋單刃立銑刀，該大螺旋角單刃立銑刀的開發(fā)，關(guān)鍵在于螺旋角、螺旋槽和徑向前角的處理。經(jīng)過刃磨、加工、再刃磨及再加工等多次嘗試，累計修改刃磨參數(shù)70多組。該刀具可以實現(xiàn)軸向、斜向和徑向切削加工，大螺旋角能夠快速將多余材料去除掉，鋒利的單刃刀尖加工會實現(xiàn)比較好的表面質(zhì)量，有效防止出現(xiàn)粘刀、霧化等現(xiàn)象發(fā)生。

2.加長立銑刀研究與制造

傳動總成殼體尺寸較大，殼體局部型腔深。常規(guī)立銑刀長度是其直徑的7倍，在深腔區(qū)域內(nèi)非標(biāo)長度的刀具仍無法滿足加工需要。使用常規(guī)加長刀柄時，加長刀柄部位與零部件側(cè)壁發(fā)生干涉現(xiàn)象。

基于以上情況，研制出一套焊接加長刀具方案。在制造過程中常規(guī)直接焊接會造成立銑刀與加長桿同軸度嚴(yán)重超差，導(dǎo)致立銑刀側(cè)刃擺差過大，即使通過刃磨修復(fù)的方法，也無法實現(xiàn)同軸的現(xiàn)象。針對這些失敗的情況進(jìn)行了歸納總結(jié)，形成了一套完整的改造工藝流程。

在刀具加長中，探索出了粗車、磨削、組裝、焊接、精車、磨削及刀具刃磨等7道工序的加工流程，始終通過銷孔連接基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，最終完成刀具加長的改制。改制后刀具的長度和直徑比達(dá)到了22∶1，滿足了傳動總成殼體深腔加工的需要，解決了加長刀具改制的難題，同時節(jié)約了購買非標(biāo)刀具的高昂費用和采購周期。

數(shù)控機床多角度夾具設(shè)計與制造

1.倒拉式夾具設(shè)計及應(yīng)用

傳動總成變速器和減速器殼體在加工時，為減小加工中的變形量，使用了逐次開粗的加工方法。在第二次開粗以及精加工時，殼體四周無壓緊點，給加工帶來了一定的麻煩。

基于此種情況，由常規(guī)的壓緊式調(diào)整為底部倒拉式裝夾方式（見圖1）。在第一序加工時，利用頂部通孔做等距分布設(shè)計，將部分通孔做成螺紋孔和兩個定位銷孔。第二序CNC加工殼體時使用螺紋孔，在平板底部通過倒拉的方式進(jìn)行固定。通過孔間隔倒拉固定方式不僅可以達(dá)到緊固的要求，還能夠完全滿足殼體四周和頂部的加工區(qū)域需求，最終實現(xiàn)殼體所有部位的加工。

圖1 底部倒拉式裝夾方式

2.傾斜式夾具設(shè)計

傳動總成殼體存在多個角度的型面和精度較高的孔位，這些精密的加工部位對傳動總成的裝配和運轉(zhuǎn)性能有關(guān)鍵性作用。在沒有五軸設(shè)備加工的情況下，使用了水平角度儀，通過調(diào)整組合夾具的方式，利用頂部銷孔進(jìn)行拉直和計算傾斜角度，完成一系列角度孔的加工。這種組合式的加工方式，通過三坐標(biāo)精密測量后，角度孔的形位精度超差，無法達(dá)到設(shè)計要求。

基于以上出現(xiàn)尺寸超差的情況，對設(shè)備以及夾具進(jìn)行了改造。在三軸設(shè)備上增加了一個四軸轉(zhuǎn)臺電動機，同時在另一端安裝輔助轉(zhuǎn)臺作為支撐，中間安裝過渡橋板作為連接，同時制作了一個可以360°手動旋轉(zhuǎn)式定位夾具，利用倒拉的方式將殼體固定。旋轉(zhuǎn)的角度和平移的位置，通過三維數(shù)據(jù)和機床坐標(biāo)系的方法獲得及驗證，保證精密孔的位置要求。

3.A軸后置處理開發(fā)

在上述轉(zhuǎn)臺以及夾具改造的過程中，殼體的CNC精準(zhǔn)加工需要軟件底層的后置處理做支撐。在加工中使用了一款國產(chǎn)三維編程軟件，自帶的后置程序缺少加工所對應(yīng)的機床類型，沒有對應(yīng)的平移和旋轉(zhuǎn)后置處理代碼指令。在這種背景下，經(jīng)過編寫語言代碼，修改多組邏輯順序和多次的反復(fù)驗證，最終開發(fā)出旋轉(zhuǎn)軸A軸后置處理。不僅滿足加工殼體以及后續(xù)零部件的加工需求，同時還節(jié)省了后置處理采購費用。

加工冷卻和潤滑技術(shù)研究

有機玻璃材質(zhì)對溫度的變化非常敏感，殼體85%左右為薄壁結(jié)構(gòu)，薄壁結(jié)構(gòu)極易發(fā)生變形，特別是加工時周圍環(huán)境溫度的變化、刀具切削過程中的溫度聚集等都會造成薄壁結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變形，因此加工中的冷卻方式起著至關(guān)重要的作用。

為解決切削過程產(chǎn)生的熱量，項目從切削液方面進(jìn)行了研究和攻關(guān)。在首次開粗和二次開粗階段，使用乳化液和風(fēng)冷的兩種方法間歇式進(jìn)行降溫，其乳化液和水的比例為6%～8%，同時使用高壓風(fēng)冷及時將周圍大量的切屑移除。在精加工時表面余量控制在0.15mm以內(nèi)，精加工過程只采用乳化液一種降溫的方式。將乳化液的濃度在60%～75%，其作用發(fā)揮和經(jīng)濟(jì)效益是最佳狀態(tài)。由于切削余量很小，使用微量的高濃度乳化液，加工表面與刀尖之間會形成一層油膜，不僅對有機玻璃表面起到保護(hù)作用，還能提高表面質(zhì)量和透明度。

結(jié)語

通過對有機玻璃加工方法的研究，在新型刀具研究、加長刀具研制、機床多角度夾具設(shè)計與應(yīng)用以及冷卻液濃度的潤滑作用等關(guān)鍵技術(shù)上，進(jìn)行了深入的分析和對比，其加工方法具有獨特性。該加工方法制造的透明殼體在傳動總成的研發(fā)中起到了助推作用，拓寬了新材料加工技術(shù)領(lǐng)域，對提升加工能力及降低生產(chǎn)成本有明顯效果。