汽车变速箱壳体加工工艺研究

来源 :科技信息·下旬刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lcm2005
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  摘要:汽车变速器壳体是基本的变速器零件,变速器机构换挡总成和输入、输出轴总成是变速器的组成部分,根据其关系布置在整个装置中,并应支持输出轴传动比的输出扭矩。其中,传动精度、运动性能、齿轮柔性、密封性、声音和使用年限等都直接受到加工工序质量的影响。因此,壳体的质量决定了汽车变速器的性能。同时,变速箱的外观非常不规则,需进行多部位的加工,并且工艺需很多工序而且较为复杂。本文对汽车变速箱壳体加工工艺进行了详细探讨。
  关键词:汽车变速箱;壳体;加工工艺
  变速箱是汽车的重要组成部分,它的性能和质量对车辆有很大的影响。随着科技的不断进步,变速箱加工的各个方面不断应用越来越多的新技术。另外,变速箱壳体在整个变速箱总成中的作用,是为了确保其它部件占据合理和正确的位置,使之具有一个协调运动的基本部件。其质量的好坏将直接影响轴、齿轮等零件的位置精度,以及齿轮箱总成的使用寿命和灵活性。
  一、汽车变速箱简介
  1、概述。汽车变速箱是一种用于机械动力转换的机械或液压设备,它也是车辆传动系统的主要部件之一。汽车的实际使用十分复杂,如起步、怠速停止、低速或高速行驶、加速、减速、爬升和倒车等,这就要求汽车的驱动力和速度在相当大的范围内能变化,而现阶段使用的活塞式发动机的输出扭矩和速度的范围较窄。为了适应不断变化的行驶状况,使发动机工作在良好的条件下(高功率和低燃料消耗),所以将变速器设置在传动系统中。此外,变速器由传动机构和控制机构组成,必要时,可安装动力输出装置。
  2、原理。各个档位具有不同的传动比,相当于小齿轮和大齿轮的啮合可以产生不同的速度,低速行驶时用低传动比(小于3档),大轴速度低于发动机转速。根据公式P= Fv,能够得到更大的驱动力。高速齿轮传动采用高齿轮传动比(大于4档),大轴速度比发动机转速要高,减少牵引力以实现更高的速度,切档位是不同尺寸的齿轮和大轴齿轮啮合的选择。
  3、功用。1)改变传动比,扩大驱动轮的扭矩和速度范围,以适应不断变化的行驶状况,使发动机工作在良好(高速、低油耗)的条件下。2)发动机在旋转方向不变的条件下,能使汽车倒退行驶。3)利用空挡,中断动力传递,发动机可以启动和怠速,以便于换挡或动力输出。
  二、汽车变速器壳体的市场需求
  当前市场竞争越来越激烈,要想在残酷的竞争中立于不败之地,就必须对产品质量进行量化。消费者在购买汽车时考虑的因素很多,质量、价格和舒适都是其考虑的因素。从汽车的结构来看,汽车变速器的质量是消费者对购买汽车比较重视的一部分,由于变速器的质量会影响汽车行驶过程中的安全性。壳体作为变速器的重要组成部分,是在处于良好的变速器控制性能状态下,它起到保证变速器不倾斜的作用,并保证变速器的压力要求。在市场需求中,变速箱的壳体不仅应满足工艺设计的基本过程,而且应结合变速器的各种特性,进而实现不同的加工工艺,此种设计过程可以使变速器结合良好,进而满足市场需求。
  三、汽车变速器壳体的重要性
  汽车变速箱壳体主要是变速器壳体和离合器壳体,这是汽车变速器的基本組成部分。它将齿轮传动部分、差速器总成和换档机构结合成一个整体,它在汽车变速器的保护中起着非常重要的作用。从使用期限的角度而言,齿轮箱具有足够的材料和足够的刚度,可以使变速器在使用过程中减少磨损,使其有更长的使用年限。从噪声产生的角度而言,变速箱壳体和离合器壳体与多个传动机构集成,因此对变速箱的加工精度有一定的要求,高精度的传动壳体使变速器在运用过程中产生的噪声相对减少。从齿轮的柔性程度表明,汽车变速器壳体的材料和加工精度等对其影响较大。总之,汽车变速器壳体的加工质量对车辆变速器的使用寿命、噪声大小和换档灵活性起着决定性的作用,因此,它的重要作用不言而喻。
  四、汽车变速器壳体加工工艺分析
  1、确定加工顺序。从加工精度方面考虑,壳体的结合面是箱体的装配基准,因此轴承孔、销孔、叉轴孔和齿轮轴的加工布置必须按相同的顺序完成,这样可消除两次装夹定位误差,如此一来可有效保障结合面与高精 度孔系的形状和位置公差。
  在现代生产过程中,产品更新快,生产效率高,产品质量高。因此,需要高效、高精度的生产设备来应对市场变化。加工中心机床是一种能够适应现代生产加工的自动化设备。加工中心有自己的刀库和自动换刀装置,可实现高速、高精度、柔性、智能化和自动化。卧式加工中心的加工工艺较为集中,整个加工内容只经过2~3次就能全部完成。因此,主轴孔系统或侧壁孔系统的第一次加工与夹具结构的类型和编程难度有关。加工序列的划分是由外壳的形状决定的,若侧部较少或壳体的形状较扁(宽度与厚度之比大于2),则第一次夹紧是对结合面和主轴孔系统的第一次处理,以及侧孔系统的第二次夹紧。若壳体厚度与轮廓宽度的比值小于2,则第一次夹紧是壳体侧壁上的侧孔系统,第二次夹紧是加工壳体主轴孔与结合面之间的接头。
  2、确定工件基准面。采用精密基准和粗基准作为汽车变速器壳体加工过程的基准位置。首先,对毛坯进行粗基准定位,并处理出“一面两销”的精基准,然后依据标准,定位精度基准,并完成其他工艺的处理。在基准定位时,应考虑变形受力。通常,当卧式加工中心处理壳体时,它将执行2个夹紧操作,粗基准还需要处理许多变速器零部件。因此,应考虑到基准点会受到切削力的影响,并产生不同程度的变形。若在毛坯模型尚未成型的前提下,就有必要促进粗基准的定位。定位基准位置可以位于变速器壳体上,以提高工件的刚性。其次,随着压铸行业水平的逐步提高,孔系的位置和平面度的高精度也越来越严格。因此,应将毛坯平面视为定位面。采用两个已完成压铸的空孔作为定位销孔,同时将主轴孔、销孔、其他支撑孔和内壁芯应放在一起,保证零件之间的高精度,以此保证其他孔和轴承孔的加工。
  3、加工刀具的选择。根据《切削用量简明手册》铣削深度ap≤6mm时,端铣刀直径d0=200mm-250mm。由于不对称,选d0=250mm,采用YG6标准硬质合金端铣刀。由《切削用量简明手册》得z=20。   1)在选择刀具的形式和结构时,刀具选择的主要因素应考虑以下几点。
  生产性质:从经济的角度来看,生产批量会影响刀具的选择。例如,在大规模生产中,使用特殊刀具可能是有成本效益的,而标准刀具通常用于单一或批量生产。
  机床类型:机床(钻铣机床或切削刀具)刀具类型的选择取决于作为机械加工完成的过程。在确保工 件质量和刀具系统刚性好的前提 下,可使用高品质的刀具,比如高速切削刀具。
  工艺方案:不同类型的加工方案可使用不同类型的刀具。例如,在加工孔时,可以使用钻头和扩孔钻,或钻头和钻具。
  工件的尺寸和形状:刀具的尺寸和结构选择。比如,特殊的表面应用特殊的刀具来进行加工。
  加工表面粗糙度:影响刀具结构和切削参数。比如,粗齿铣刀可以在剥去粗颗粒时使用,而细齿铣刀最好用于精密铣削。
  加工精度:精加工刀具的类型和结构的选择。比如,根据孔的精度,最终孔的加工可以通过钻孔、铰孔钻、铰刀或镗刀来进行加工。
  刀具材料:与工件的精度、硬度和加工经济性等相关。
  2)择铣刀磨钝标准及刀具寿命。根据《切削用量简明手册》,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm,刀具寿命T=420min。此外,切削速度和每分钟的进给量Vf应根据《切削用量简明手册》,当d0=250mm,z=20mm,ap、fz=0.18mm/z时,Vc=100m/min,n=127r/min,vf=203m/min。
  3)铝合金材料的切削加工性。工件材料的可加工性是指加工工件的难度,其难度随着特定的加工要求和切削条件而变化。铝合金是一种易切削材料,KV>3.0为其相对加工性。大的前角和后角使边缘锋利,切削阻力小,切屑通畅是铝合金切削刀具的共性。比如,钻头使用大的螺旋槽(40°±3°),增大前角,去除刀背;增大后角,摩擦减少,容易进入冷却剂,消除易热集中的现象。铣刀和镗刀都具有这种特性。
  4、切削用量
  1)選择切削用量。切削用量的正确选择,对提升生产率、确保加工质量及刀具耐用度和经济性均有着重要意义。在大批量生产过程中,尤其是在流水线作业或自动化作业中,一定要在每道工序的工艺文件中规定合理的切割量,以此确保其加工质量、生产节拍和良好的经济效益。
  2)确定切削用量的原理。切削参数的设定是在特定的加工条件下确定切削深度、进给速度、切削速度和刀具耐用度。应全而考虑加工质量、生产率和加工成本。合理的切削用量指的是在充分发挥刀具和机床性能的条件下,保障加工质量、生产效率高和加工成本低的切削用量。
  五、成组夹具设计
  1、成组夹具的设计方法。依据分组结果和选定的机床模型,设计了成组夹具。实现成组加工的有利保证是成组夹具,若不设计成组夹具或其不易调整,进而不能顺利实现成组加工。
  加工精度是保证机床夹具的首要任务,尤其是保障加工表面和定位表面及被加工表面之间的位置精度。在使用夹具后,精度主要取决于夹具和机床,而不再取决于工人的技术水平。同时,还能提升劳动生产率,减少成本。夹具的使用可减少诸如划线和对准等辅助时间,并且易于实现多部件和多工位的加工。在目前机床夹具中,广泛采用气动和液压夹紧装置来减少辅助时间。
  成组夹具是为实施成组工艺而设计的夹具,其相比于专用夹具,成组夹具的设计不是针对零件的一部分,而是针对一组零件,即夹具应适应零件组中所有零件的加工。
  组合夹具由基础部分和可调节部分两部分组成。基础部分是固定在使用中的固定件的共同部分,通常包括夹具体、夹紧传动装置等。该部分零件的结构主要由零件的尺寸、夹紧方法和零件加工要求等决定。可调节部件通常包括定位元件、夹紧元件和工具导向元件等。在更换工件时,调整零件或更换零件以进行新的加工。
  成组夹具的调整方法有置换、调整、合成和组合四种。
  成组夹具的设计方法与专用夹具的设计方法大致相同,其区别在于,成组夹具的对象不是单一的一部分而是一组零件。因此,在设计过程中,有必要对一组零件的图纸、工艺要求和加工情况进行综合分析,从而确定最佳的夹紧方案和夹具调整形式。另外,成组夹具可调部分是成组夹具设计中的重、难点。
  2、成组夹具设计
  1)平面加工夹具。在壳体零件中,平面加工是最关键的工序也是第一道工序。依据生产批次与零件的结构和精度,对部分零件进行单独加工,部分零件采用平面加工和多孔一道工序加工。平面加工的质量直接影响整个加工过程的成败。若表面加工不良,主要是平面平整度不良,在下一道工序的加工中,平整度会产生较大的夹持变形。在夹紧情况下,零件的精度将在公差范围内。松动后,夹紧变形将恢复,零件的精度将有规律性的发生变化。夹具表面加工不良的原因主要有两方面:一是位置选择不合理;二是夹紧点不合理。因此,壳体零件的面加工夹具设计是需重点关注的问题。
  在以往加工中,通常在铣削平面的加工过程中增加一些辅助支撑,以防止切削力引起的变形所造成的加工精度。因高速切削中切削力的降低,因此通常不再需要辅助支撑。在面处理中,必须考虑加工工艺的灵活性。
  2)孔加工夹具。在壳体零件中,主要有两种孔加工定位方法:一是大面和预射孔定位;二是大面和销孔加工。比如,离合器壳体加工,离合器壳体通常被设计用于某种类型的变速器以匹配不同的发动机,然后该机型的变速器离合器壳体与中心壳体相同,它与发动机的连接面不同。以往的加工技术通常采用小的表面定位大针孔,然后定位具有大的表面销孔的小针孔,并定位小针孔以产生大的表面针孔。不论任何工艺方案都会制造较多的夹具,进而给现场管理和品种转换带来很大的麻烦。通过对离合器壳体的全面分析,应找出一种通用的定位方法,以实现用最少的夹具完成同一系列的离合器加工。
  3、将夹具安装在机床上并迅速更换。在壳体部分的测试阶段,通常利用组合夹具验证首轮的工艺方案,并且依据其验证结果,确定最终定位和夹紧方案。在夹具设计过程中,应根据同一机床上多个夹具的使用来设计夹具的快速更换方法。在卧式加工中,一种较为昂贵的方法是一套夹具一个回转工作台,在加工改变时将其同时卸除。另一种方法是添加具有圆柱形销的通用基板。在更换过程中,拆下气缸销和夹具,并安装另一套夹具和气缸销。同时,将工件的偏移参数保持在机床中,这样可节省夹具找正的时间,减少机床的停机时间,从而提高机床的利用率。
  在夹具设计过程中,还要采用成组技术,它有利于夹具设计的规范化和通用化。此外,在零件加工的过程中,对某一工序来说,夹具的使用和夹具的种类等都必须在夹具设计前仔细考虑。除了考虑加工质量的保证外,还应进行经济分析,以保证夹具设计的经济合理。
  六、结语
  在全球经济一体化不断发展的过程中,很多传统的加工技术和制造技术都有了新的突破,它为很多机械制造和零件加工提供了创新和技术改进的空间。在这个创新的过程中,汽车作为人们日常生活中最流行的交通工具之一,在汽车技术创新,尤其是汽车零部件的创新方面尤为突出。另外,汽车变速器作为汽车的重要组成部分,对汽车的技术和组成有着严格的要求。
  参考文献:
  [1]邓宁.探究汽车变速器壳体加工工艺[J].科技创新,2017.
  [2]李立平.汽车变速器壳体加工工艺研究[J].科技创新导报,2014.
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  [4]《切削用量简明手册》
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