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变速器壳体的加工.doc

变速器壳体的加工

无法挽留花开花落的流年
2017-11-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《变速器壳体的加工doc》,可适用于工程科技领域

变速器壳体的加工内容摘要palio系列汽车是意大利FIAT汽车公司的品牌产品在全世界汽车市场有很高的知名度。意大利FIAT公司有多年生产汽车的经验我厂生产的变速器是为palio系列汽车配套的专用变速器。本文以该变速器为例较详尽介绍了壳体的加工工艺、工装及设备。同时还讨论了铝合金材料的切削性能分析计算了加工误差对总成性能的影响。此外本文还总结整理了本厂壳体的切削用量毛坯技术要求等供有关人员参考使用。最后重点介绍了两壳精加工线为满足工艺要求所采取的必要措施和一个重要典型的工装随行夹具。本文图文并茂以便使读者在设计工艺和选择装备时有所借鉴。变速器壳体加工两壳的作用汽车作为一种商品在驾驶室里首先触摸的就是变速操纵杆变速器性能好坏直接影响使用者对整车的评价。而变速器壳和离合器壳(简称“两壳”)是变速器的基础零件它把齿轮传动部件、差速器总成以及换档机构接合成一个整体两壳的加工质量对变速器总成的寿命、噪音、换档轻便灵活性等重要性能指标起决定作用。这里把变速器壳和离合器壳同时讨论是由汽车变速器自身结构决定的见图图左边空间主要装有传动齿轮及变速装置称之为变速器壳右边凹部空间装有离合器总成故称之为离合器壳。两壳只有合成一体才能实现变速、离合的功能。图两壳合件两壳的主要技术要求我们知道若两壳精度不高齿轮做得再好也没有意义所以对两壳的技术要求很高。我厂生产的Palio汽车变速器由于发动机前置并横置两壳合件各轴线相互平行主要孔、面的技术要求如下:一、二轴及差速器的轴承安装孔径精度均为IT级变速器壳上的一、二轴孔为H差速器孔为M离合器壳上的一、二轴孔为M差速器孔为R可见离合器壳上的轴承比变速器壳上的轴承配合紧这是为方便装配而专门设计的。三轴线以二轴孔为基准平行度为公差等级为级。变速器后端面平面度为公差等级为级。一、二轴孔中心距二轴与差速器孔中心距按GB标准规定约为级。(加工精度对总成性能的影响一、二轴中心距变化对重合度的影响以我厂生产的变速器为例计算中心距变化时,档齿轮齿形重合度εα和轴向重合度εβ以及总重合度,ε见表,。由表,可以画出中心距,和重合度,ε的关系曲线(图,)A(mm)可见重合度随中心距减小而增大。众所周知齿轮啮合的重合度越大动载荷越小啮合时噪音越低强度越高。表中虽然重合度数值变化不大但据有关文献介绍对于汽车变速器高速档齿,ε轮要采用εα>的重合度以取得较小的噪音低速档齿轮也要尽可能采用大重合度图中心距与重合度关系图最好使变速器齿轮低速档,ε>高速档,ε>。表,中五档当中心距在工艺规定上限时,,ε=下限时,ε=可见在表:重合度随中心距变化表一档二档三档四档五档AεαεβZεεαεβZεεαεβZεεαεβZεεαεβZε中心距为上限时已不能满足重合度指标。鉴于变速器工作温度为中心距也将变大故在机床调试时壳体中心距取下限为宜。我厂装车的壳体均以这个原则加工的。,,中心距变化对齿侧隙的影响各档齿轮侧隙随中心距变化计算见表,由表,可知侧隙随中心距减小而变小当中心距小到时一、二档侧隙几乎为零不能转动另外在工艺允许范围内齿侧间隙变化翻了一倍所以壳体孔距超下差传动困难超上差则引起空旷冲击。表,中的数值是最小齿侧间隙可以看到在中心距为下限时(A=)既可以满足重合度要求也能满足齿侧间隙要求。同上节结论一样中心距不能超差工艺调试时应以下限为好。表各档齿侧间隙随中心距变化表中心距A档位一档二档三档四档五档,,各孔中心线平行度对总成性能的影响该项指标对齿向载荷分布系数有很大影响会使沿齿宽方向的载荷分布不均匀这里的平行度是指壳体镗孔偏差所引起的位置误差。以我厂变速器二档为例一轴和二轴孔轴线在毫米长度内要求平行度为若平行度超差二档齿轮的齿向公差就会由,级降到,级按GB,规定的简化计算齿向载荷分布系数KHβ:在级时:KHβ=(bd)b在级时:KHβ=(bd)b则:ΔKHβ=b将二档齿宽b=代入ΔKHβ=齿根接触应力将增加倍所以壳体齿轮轴线之间的平行度非常重要是必须保正的精度要求。材料汽车变速器壳与离合器壳通常为压铸铝合金我厂生产的palio汽车变速器壳体其化学成分为:Si=,Cu,,Fe,,杂质:Zn,Ni,Mn,Mg,Ti,Po,Sn,其它单个元素,。(铝合金的特点:硬度小导热性好适于高速切削用硬质合金刀具加工铝合金切削速度可达mmin,目前国内专机采用的切削速度一般都在mmim左右而我厂两壳铣加工中精铣速度高达mmin。铝合金的另一个特点熔点低在切削加工中容易形成积屑瘤使被加工零件的尺寸精度和表面粗糙度受到影响。此外铝合金在对精度高、光洁度要求高时只能采用精镗、精铣而不能用磨削加工因此加工铝合金的刀具应刃磨得很锋利、光洁这样可避免形成积屑瘤。此外精加工不宜用陶瓷刀具因为氧化了的AlO与刀具材料相同造成摩擦阻力大也容易出现积屑瘤。,,温度变化对铝合金的影响铝合金的热膨涨系数大零件切削时温度升高尺寸增大切削后温度降低尺寸减小。我们对变速器壳所做的试验如表。表:变速器壳各主要孔随温度变化表不同温度下的值位置图纸要求φφ差速器孔φφφφ一轴孔φφφφ二轴孔φφφφ、差速器位、置孔深、、表中数据为同一零件多次测量的结果。,,加工铝合金用的切削液铝合金导热性好在切削速度不高时一般可干切削我厂两壳加工自动线在工艺调试中也采用了一段时间干切削。为了提高加工表面质量和减少热膨涨采用乳化液或煤油等冷却润滑液但不宜采用含硫的冷却润滑液因为硫会影响到铝合金的性能。Palio汽车变速器壳体加工采用乳化液作为冷却润滑液。,,铝合金的可切削性据有关文献介绍含铜量从到的铝合金在固溶体晶粒的周围有脆性化合物CuAl,这组合金较硬、较脆且韧性较低因此具有良好的可切削性。但若材料含硅量高例如我厂壳体含硅量达由于硅元素具有磨料作用所以刀具也易磨损。加工不同的金属材料时选用的刀具材料、几何角度、切削用量等均不同所以对铝合金的特点作一简单讨论。毛坯制造汽车变速器壳和离合器壳为形状复杂的铝合金压铸件生产批量大多为自动线加工除有粗加工定位基准孔及面要求外还有上、下料机械手定位基准输送定位基准等有些壳体还有油道例如我厂变速器后端盖内的润滑是通过壳顶油道淌入的毛坯油道还必须畅通因此对零件毛坯几何形状要求很高。毛坯质量对机加工有很大影响某些飞边就会造成加工失败甚至发生损坏刀具和机床的事故。我厂就发生过一轴孔飞边过大造成夹具压头把零件顶出的事故。现把我厂生产对壳体毛坯的要求提供如下供参考。铸件的浇口、飞边、溢流口、隔皮应清理干净浇溢系统清除后的残留部份不得高于正常表面mm。机加工粗定位面上不允许有任何凸起痕迹、毛刺。两壳结合面、变壳与后端盖结合面、不得有大于mm的气孔气孔间边缘距离不得小于mm。螺纹孔前两牙不得有气孔其于部份的气孔最大尺寸不得大于mm。在Kpa的压力下压铸件不得有渗漏现象。毛坯基准定位孔中心距:输送孔中心距:螺栓通孔中心距:。两壳加工工艺过程壳体工艺因地制宜各厂不尽相同这里不赘述。两壳加工工艺分析(以我公司生产为例)工艺分析从前述已知两壳为薄壁型复杂壳体关键孔孔位要求很高。在产量小时可采用加工中心分体加工具有互换性有利于装配及生产管理我公司IVECO汽车变速器就采用这种生产方式。对于年产万台以上大批量生产应采用自动线进行加工若采用自动线分体加工目前国内外尚不具备这种能力所以我厂的加工线为两壳粗加工后合成精加工减少了对机床精度的要求但由于两壳合成后即不能再分开给管理带来一定困难。两壳工艺过程的特点生产节拍快(台分钟)自动化程度高操作人员少生产效率高。输送方式合理甚至精加工线随行夹具也采用抬起步阀式输送保证输送件不会产生磨擦磨损。工艺安排合理保证难加工的孔、深孔、螺纹孔先加工及时检查发现问题减少报废。精铣安排在线尾例如变速器壳精铣结合面离合器壳精铣结合面都安排在钻孔、镗孔、倒角后进行不会形成孔口翻边保证了平面的平整性。设备基本采用焊接件缩短设备制造周期维修更换零件也方便。动力头、滑台大多为机械式保证进给速度变化小运动平稳。工件输送也为机械式结构简单可靠。整条线PC控制中央报警指示能指出事故点便于维修工作安全、稳定。夹具的夹紧全部采用液压检测探头均采用气动。定位基准分析壳体件的设计必须考虑到加工的可能性、方便性。下面对我厂离合器壳定位基准的选择、加工进行分析以示设计时对工艺研究的必要性。机械手定位基准:离合器壳上料机械手定位形式如图。机械手定位两销孔借用两螺纹孔的毛坯孔定位面(图示斜线部分)是按工艺要求专门设计的平面。加工定位基准上线后先铣两个小圆弧和一个凸台这三点形成的面就是以后各道序的定位面(除和外)。如图用两个毛坯孔及毛坯面定位并设置一个辅助支承。小圆弧和小凸台都是为加工专门设计的从而保证夹具定位支承点和压紧点相对应防止零件发生夹紧变形。凸台铣刀压头小圆弧铣刀图离合器壳上料机械手定位形式图铣后序加工定位面的定位形式铣与变速器壳的结合面定位基准即加工出的三个点形成的面定位。用铣出来的面定位铣与发动机的结合面保证两面平行。钻、铰定位销孔:以两毛坯孔和加工出来的定位面来加工工艺定位销孔该定位销孔是以后各道工序的定位孔包括合成精加工的定位。以上五道工序完成精加工定位基准。可以看出两壳从毛坯加工到精加工定位的形成是由多道工序完成的是很复杂的加工在设计时是经过多方面研究、试制、验证的结果。从其形状上也可以清楚地看到很多为加工而专门设计的工艺凸台这说明类似复杂壳体件在设计时对工艺必须全面了解避免设计失败。、加工刀具大的前角、大的后角使刀刃锋利切削阻力小切屑流畅是加工铝合金刀具的共性例如我厂的钻头采用大螺旋槽()使前角加大将刀背磨去加大后角减少摩擦易进冷却液消除热量易集中现象。铣刀、镗刀均具有这个特点。、切削用量这里把我厂壳体加工切削用量介绍给大家供参考(粗、精加工的加工余量各为mm)。表两壳加工切削用量工序刀具材料切削速度mmin走刀量mmmin粗铣硬质合金,,精铣硬质合金,,钻孔钴高速钢,,粗镗硬质合金,,精镗硬质合金,,锪孔硬质合金,,攻丝钴高速钢,,铰刀硬质合金,,(粗、精加工的加工余量各为mm)。表各螺纹孔的钻孔底径MMMMMMMM螺纹NJHNJHHEHHEHEE钻孔底φφφφφφφφ径、两壳合件精加工线简介离、变两壳合件精加工线是我厂引进设备该线设计合理调试方便值得学习推广在这里作一介绍。精加工线平面布置如图占地使用个随行夹具夹具平面返回有个加工位镗打火电机孔粗镗差速器孔上料镗里程表孔精镗一轴孔(立式)镗与发动机精镗二轴孔定位销孔下料镗倒惰孔精镗差速器孔马波斯测量机冲洗位精铣离壳端面精铣后端面铰拨叉轴孔铰档位销孔图精加工线平面布置个冲洗位在冲洗位前安排了在线马尔波斯检测位不合格件即时报警全线停止人工处理。上、下料占两个工位其余为返回位或等待位。上、下料为机械手正常工作时全线处于无人操作状态。图指出了各工位的加工内容由于各孔是单独动力头加工的各孔之间的位置公差就是靠随行夹具到位精度来保证的。故该线安排了加工前随行夹具到位情况气密自动检查加工后的马尔波斯检查确保成品率。上、下料机械手上、下料机械手设计简单可靠其压爪如图所示图示位置为松开状是由油缸推动压爪支架定位套内锥面收缩两压爪使两压爪指头直径小于定位直径图示定位直径为两壳合件中离壳上的一轴油缸压爪行程开关支架滚轮图机械手压爪示意图孔(上料手:φ下料手φ)压爪两指间尺寸为~mm保证零件进出不干涉支架定位套内锥一般取的很小这里为防止失电松开。当油缸活塞向图示左端移动时带动压爪左移压爪是弹性体压爪指端尺寸随定位套内锥尺寸变大同时压紧工件。为防止机械手上料定位不准确机械手工作支架与手臂架之间柔性相连工作手指悬浮在手臂架上能可靠地保证工件贴紧在随行夹具的定位面上如图。随行夹具随行夹具采用三个固定支承块定平面(两壳合件结合面)两个定位销定合件的位置支承点对应上方为压紧点保证工件不产生夹紧变形是常用的“一面两销”结构。现在国内随行夹具大多采用人工夹紧工件的结构NAVICO二发厂附件箱前后盖生产线就是人工用扳手压紧工件费事费时易压不平精度不高。精加工线的随行夹具自动压紧工件如图。图示两压杆露出夹具体外当右边压紧压杆图上下料机械手在上料位油缸压头的作用下向下移动左边松开压杆上移两压杆间的齿轮顺时针旋转齿轮内螺纹带动压头轴使压头压紧工件反之则松开工件(下料位的动作)。该夹具的新颖之处在于松开工件后压头要作旋转动作让零件拿出送进工件后压头要作旋转动作才能压紧工件。简言之压头应作如下动作压紧时压头先旋转后压紧工件松开时先放松工件后旋转。通常在轴上开螺旋槽可很方便实现这一功能但占空间大且压紧时有旋转动作影响夹紧精度。该随行夹具采取的方法是在齿轮和端盖的端面上各开有凹边图中B向展开图两凹边形成的槽中放置丁字形键键可在压头轴上上、下自由滑动保证压头轴上下移动时不产生干涉圆周方向配合即可带动压头轴旋转由图示可见若松开零件齿轮向图示左向旋转(主视图齿轮作逆时针旋转)。在未碰到丁字形键之前仅齿轮转动零件松开当齿轮的凹边上的凹圆处碰到丁字形键时带动压头轴同时转动松开夹紧向展开压紧状态(齿轮)松紧(端盖)松开状态(齿轮)松紧(端盖)松开压杆压头夹紧压杆压头轴齿轮丁字型键端盖图随行夹具夹紧机构即压头旋转让开零件。压紧工件时齿轮向相反方向(图示右)转动即可实现压头先转动后压紧工件动作的要求。齿轮内螺纹的锁止能力验算拧松螺母所需的力矩为:M=(d)Qtg(αφ)式中:d螺纹外径Q轴向力(压紧力)α螺纹升角φ摩擦角当α,φ时可自锁这时M为负值表示放松螺母所需外加的驱动力矩。对于本螺纹:α=tg(tπd)=tg(π)=φ=tg()=拧松螺母所需外加的驱动力矩:M=()Qtg()=Q可见本齿轮内螺纹锁止能力强旋松力矩小设计可靠合理。随行夹具上还配有自动润滑加油口和进气口在上料位时自动加润滑油自动接压缩空气吹去三定位支承面上的污物压紧工件后由气路中的气压变化确定零件的压紧情况从而发出压紧信号。在上料位由三个串联油缸的压头推动随行夹具三个压紧压杆夹紧零件三个串联油缸实现三个压头联动保证压紧均匀。随行夹具前定位块支承板侧定位块夹紧油缸钢球图随行夹具底座随行夹具底座(夹具定位夹紧装置)随行夹具底座上设计有随行夹具输送到位时的定位夹紧机构是保证工艺要求的关键装置只有每个加工位夹持位置一致才能保证两壳合件各孔的位置精度要求。切削前后的检查是降低废品率的有效措施而夹具夹紧到位是保证成品的必要手段。随行夹具底座。如图。块上支承板()可调整夹具的高低。侧定位块()可调整夹具的左右位置这是保证各孔中心距的重要定位点前定位块()可调整工件的垂直度和平行度每个定位块与夹具接触面上都有吹去切屑等污物的吹气孔用前述上料位一样该孔起夹具到位时通过气路气压变化发出切削前的检查信号作用。每块上支承板上有三个吹气孔为防止夹具未到位时压缩空气使切屑液雾化污染工作环境每个吹气孔口用钢球封牢只有在夹具底部压到钢球瞬间才自动打开吹气口如图剖面AA。夹具定位夹紧装置图为夹具定位夹紧装置。夹紧随行夹具的过程如下:油缸活塞左移(活塞面积大的一端进油)活塞杆顶端压缩弹簧()后推动运动块()运动块()和()之间有凸凹槽相连使运动块()向图示上方运动。运动块()上的直齿条带动件()转动件()是两端为螺旋方向相反、角度的圆柱斜齿轮中间是直齿轮的三联齿轮(三齿大径一致(φ)总长度为mm)在运动块()的作用下三联齿两端斜齿轮带动压头轴上的齿条使压头()、()压紧随行夹具。活塞右移时由三联齿上的直齿部分转动齿条推出头()推出随行夹具推出头和夹紧运动块推出头压头运动块三联齿轮弹簧弹簧压头图夹紧机构示意图运动齿条之间由弹簧联结目的是在夹紧随行夹具时避免干涉。由上述可见三联齿是压紧装置中的重要零件三联齿如何有效地保证两压头同时压紧随行夹具,图中弹簧()向左施力使两压头齿条始终与三联齿斜齿面接触但这时压头()是工作齿面接触而压头()则是非工作齿面接触这一目的是:压紧夹具时要让压头()先与压头()工作压头()上的斜压头面先使随行夹具与底座侧定位块可靠地贴紧这时压头()尚未压到随行夹具在油缸作用下三联齿即向右移动压缩弹簧只有在压头()的齿条和三联齿的斜齿面贴紧时三联齿才会停止右移这时也表明两压头同时压到了随行夹具两压头做到同时向夹具施力。这是为保证工艺要求而精心设计的机构。这里还要说明一下根据工作原理在制造三联齿时两斜齿轮齿形的对称性非常重要要保证齿面两受力点的连线一定要和三联齿轴线平行使三联齿不会产生轴向移动时的干涉。三联齿受力情况因为三联齿斜齿螺旋角β=根据轴向力F轴=ptgβ(p是圆周力)所以其轴向力等于圆周力圆周力是油缸活塞产生的在液压系统压力为Kgc时P=F=π=Kg(活塞直径d=)在不计损失的情况下两压头产生的压紧力约为吨轴向力也约为吨在这么大力的作用下可以可靠地保证三联齿轴向窜动随行夹具的定位精度就得到保证。以上对随行夹具和压紧随行夹具机构作了详细介绍为保证精加工线正常运行还配有随行刀具冷却系统、自动润滑系统、退刀让刀装置等常用结构这里不作介绍。检具(仅以精加工线为例)中心距测量(图)图卡板在测量一二轴中心距时采用卡板与三座测量机相结合的方式。因为刀具的磨损是一个相对缓慢过程用卡板卡两孔之间存在的厚度可以很方便地鉴别工件加工状况卡板如图所示当然这样检查中心距受孔径的影响准确度不太高但可检查零件配合三座测量机抽查可用于大批量生产。小孔定位芯轴阶梯轴颈弹性头部图拨叉轴孔的定心芯轴又如在测量拨叉轴孔与二轴孔平行度时需要找出拨叉轴孔轴线而该孔孔径小两孔距离很远采用图的定位方式芯轴弹性头部和阶梯轴颈可有效地消除加工误差定心简单准确方便。垂直孔位置测量(图)AEFCDBαα图测量芯棒百分表固定芯轴表壳带表架测量芯棒弹簧另外在测量两垂直孔位置时例如拨叉轴孔对定位钢球孔要求两孔轴线相互垂直并通过中心允差为。测量芯棒下端面为斜面上端带表头转动分别摆放在固定芯棒左右表读数极限的差值即可反映出两孔轴线偏移量的大小如图为了使操作者在使用时直观、方便要求该偏移量应与表头读数极限差值相等故需设计确定α值。由图可知根据要求测量芯棒沿轴线上升位移AB(即表读数极限的差值)应等于偏移量OO′。显然RtO′CERtO′DE就有O′EC=O′EDO′EF=四边形O′OFE为矩形则OO′=EF。所以tgα=ABEF=即α=argtg()=′″。以上粗略介绍了变速器壳体的加工实际上目前轿车变速器均是铝合金材料加工方法基本相同我们在西班牙看到的一条年产万台变速器壳体生产线也采用自动线加工线首人工上料工艺内容与本文相似。壳体加工投资大工艺复杂加工方法值得研究。南京菲亚特变速箱厂宋西和王玲生

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