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針對鋁合金機械變速器殼體倒檔惰輪加工中毛刺不易去除的問題,開發(fā)了預(yù)切削法去毛刺新工藝,并設(shè)計了預(yù)切削正反倒角刀具,實現(xiàn)了無毛刺加工。
前言
鋁合金變速器殼體內(nèi)廣泛存在倒檔齒輪,它們的端面是面對面排列的。加工過程中產(chǎn)生的毛刺容易進入被加工的倒檔齒輪軸孔。加工后清理毛刺時,不僅操作困難,工作效率低,勞動強度大,而且清理不徹底,容易劃傷端面,造成產(chǎn)品質(zhì)量事故[1-5]。
由于公司產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)狀是多品種小批量生產(chǎn),簡單的手動去毛刺工具,如刮刀、油石等被廣泛使用,部分是自主研發(fā)的專用手動去毛刺工具,少數(shù)批量產(chǎn)品采用多關(guān)節(jié)機器人去毛刺[6]。但這些方法都是硬切削去毛刺方法,未能深入研究加工中毛刺的形成原因和過程,與軟去毛刺方法還有一定差距。
下面介紹一種在機器上去毛刺的新工藝。研制了雙向預(yù)切去毛刺刀具,實現(xiàn)了反向堵塞孔的雙向無毛刺加工,不僅降低了操作人員的勞動強度和難度,而且提高了作業(yè)質(zhì)量和效率。
工件機制和問題描述
換向輪的第一端面如圖1所示,第二端面如圖2所示。加工過程中產(chǎn)生的毛刺容易進入被加工的倒檔齒輪軸孔中;此外,由于該處結(jié)構(gòu)尺寸較小,操作人員使用刮刀、磨石等帶毛刺的工具很難徹底清理干凈,甚至很容易劃傷第一端面和第二端面,可能造成倒檔惰輪裝配后卡死或造成變速器異響。這兩個問題在售后反饋中最為突出,也是影響變速器工作性能的關(guān)鍵因素。
現(xiàn)有去毛刺方法
目前根據(jù)多品種、小批量的生產(chǎn)特點,大多采用刮刀、油石、去毛刺工具人工去毛刺。一些小批量產(chǎn)品由機器人去毛刺。
上述去毛刺工具或方法理論上可以去除所有毛刺,但由于人工操作質(zhì)量由人控制,因人而異,去毛刺后不僅零件質(zhì)量差異大,穩(wěn)定性差,還存在漏工序的風險。并且由于勞動強度大,勞動效率低;機器人去毛刺成本高,在多品種小批量的情況下,實現(xiàn)全部機器人去毛刺是不現(xiàn)實的。
新技術(shù)方法
4.1理論分析
毛刺的形成機理是由于加工過程中切削狀態(tài)的不連續(xù)造成的,毛刺形成后容易卷曲形成弧形狀態(tài)。當毛刺在沒有任何擠壓或干涉碰撞等作用下形成時,會殘留在切割后的基板邊緣,形成工件的殘留毛刺;在碰撞或擠壓的情況下,會形成碎片。基于此,以圓弧卷曲毛刺為研究對象,采用預(yù)切錐面形成毛刺擠壓面去毛刺,以下簡稱預(yù)切法去毛刺,并進行工藝可行性試驗。圖6是加工后切屑的狀態(tài),可以簡單理解為毛刺的形狀。
針對倒軸孔毛刺難以去除的問題,可以采用預(yù)切削的方法來解決。
反向軸孔的直徑為25毫米,反向軸孔兩端面之間的距離為42毫米。原加工工藝:立式加工中心加工軸承孔等→立式加工中心加工倒檔軸孔、撥叉軸孔等→臥式加工中心加工倒檔軸端面及周邊孔等。
毛刺形成原因分析:由于加工反向軸孔端面時反向軸孔已加工到成品尺寸,加工反向軸孔端面時反向軸孔附近有殘留鋁,加工中產(chǎn)生的切屑無法通過擠壓或碰撞去除, 加工反向軸孔端面時,毛刺很容易進入反向軸孔,由于端銑刀與加工面的接觸位置不同,端銑刀的刀尖和刀柄之間的徑向變形不同,容易造成刀具和被加工零件的連續(xù)擠壓,導(dǎo)致加工后前孔存在毛刺,如圖7所示。
解決方法:由于孔口殘留鋁的存在是毛刺產(chǎn)生的一部分原因,所以可以通過工藝安排,對孔口鋁進行一步預(yù)處理,消除臥式加工中心產(chǎn)生毛刺的條件,主動創(chuàng)建毛刺擠壓面,消除加工過程中產(chǎn)生的毛刺。
改進后的加工工藝為:立式加工中心加工軸承孔→立式加工中心加工倒檔軸孔和撥叉軸孔、預(yù)加工倒檔軸孔倒角→臥式加工中心加工倒檔軸孔端面和周邊孔等。
根據(jù)改進后的加工工藝,研制了預(yù)切正反倒角刀具(見圖8)。
由于刀具最大直徑24mm <反向軸孔直徑25mm,傾角135° < 180°,刀具設(shè)計合理,操作安全。
4.2現(xiàn)場測試
新工藝試驗在該公司的一個殼體生產(chǎn)車間進行。測試參數(shù)為:轉(zhuǎn)速n = 1500r轉(zhuǎn)/分,進給速度vf = 150mm毫米/分。圖9為立式加工中心的預(yù)切削刀具系統(tǒng),圖10為工件的預(yù)切削狀態(tài),圖11為零件反向軸孔前側(cè)的預(yù)切削去毛刺效果,圖12為零件反向軸孔后側(cè)的預(yù)切削去毛刺效果。
測試結(jié)果:預(yù)切立式加工中心的反向軸孔去除鋁并形成毛刺擠壓面后,臥式加工中心加工的反向軸孔端面無毛刺產(chǎn)生,無毛刺進入加工的反向軸孔。試驗取得了良好的效果。
切削前去毛刺的擴展應(yīng)用
在預(yù)切法的基礎(chǔ)上,采用預(yù)鑄法去毛刺。
預(yù)鑄去毛刺機構(gòu):在加工好的毛坯上鑄造倒角,通過擠壓加工過程中的毛刺和預(yù)鑄倒角,去除加工過程中產(chǎn)生的毛刺,實現(xiàn)無毛刺加工。
預(yù)鑄倒角毛坯如圖,預(yù)鑄后零件狀態(tài)。
本項目重點研究了反向軸孔正反向去毛刺方法,自主研發(fā)了預(yù)切削正反向倒角刀具,實現(xiàn)了反向軸孔無毛刺加工的目標。同時,在預(yù)切法的基礎(chǔ)上,廣泛采用預(yù)鑄法去毛刺,實驗取得了良好的效果。預(yù)切割去毛刺在公司實際生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,預(yù)鑄造也在逐步推廣應(yīng)用。