減速器殼體高速加工技術研究及其應用

李新寧 李才兒 黃桂英 常偉軍 許顯存 楊錦斌

(①青海交通職業技術學院，青海 西寧 810003;②青海一機數控機床有限責任公司，青海 西寧 810018)

高速切削加工是一項高新技術，它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，在汽車工業、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業中獲得了越來越廣泛的應用，并已取得了重大的技術經濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。高速切削是實現高效率制造的核心技術，工序的集約化和設備的通用化使之具有很高的生產效率。可以說，高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術。

下面針對某汽車后橋減速器殼體零件加工過程的工藝分析、傳統加工工藝與高速加工技術對比分析、高速切削加工優勢等方面進行探討，可能有不周之處，請讀者不吝賜教。

1 工藝性分析

汽車后橋減速器殼體形狀復雜，孔系繁多，屬于典型的箱體類零件，見圖1 所示。由于減速器殼體結構復雜，材料為球墨鑄鐵，選用精密鑄造毛坯，毛坯精度較高。

1.1 工藝性分析

以某汽車后橋減速器殼體為例(圖2)，進行其加工過程的工藝分析。從設計角度講，零件的主要加工表面和非主要加工表面是清楚分開的，即主次分明，未注明公差的加工表面，經過粗加工或半精加工就能滿足精度要求，該零件具有良好的工藝性。但由于零件重量較大，殼體較薄，在加工中容易產生變形;減速器殼體上孔系繁多，精度要求高且多尺寸不等，加工時需要很多不同的定尺寸特殊刀具，從這兩點來說該零件加工具有工藝性較差的特點。

1.2 確定加工方案

通過對減速器殼體加工工藝性分析，以“先面后孔、粗精分開”原則確定了加工方案。具體內容如下:

(1)加工順序先面后孔

減速器殼體的加工順序均為先加工面，以加工好的平面定位再來加工孔。因為減速器殼體孔的加工精度高、加工難度大，先以孔為粗基準加工好平面，再以平面為精基準加工孔，這樣既能為孔的精加工提供穩定可靠的基準，同時可以使孔的加工余量均勻。

(2)加工階段粗、精分開

減速器殼體的結構復雜，壁厚不均，剛性不好，而加工精度要求又高，故減速器殼體主要加工表面都要劃分為粗、精加工兩個階段。單件小批量生產的減速器殼體加工，如果從工序上也安排粗、精分開，則機床、夾具數量要增加，工件轉運也費力，所以實際生產中將粗、精加工在一道工序內完成。但從工步上講，粗、精加工還是分開的。如在粗加工后將工件松開一點，然后再用較小的夾緊力夾緊工件，使工件因夾緊力而產生的彈性變形在精加工前得以恢復。

(3)工序間安排時效處理

減速器殼體比較復雜，鑄造內應力較大，一般都應當在鑄造和粗加工后面均安排一次人工時效或去應力退火，以除去工件內應力，減小變形，保證精度的穩定。

2 傳統加工工藝與高速加工技術對比分析

汽車后橋減速器殼體的加工，無論是普遍使用的傳統加工技術，還是高速、高效的高速加工技術，加工方案都采取了先粗后精、先面后孔的常規加工程序，粗加工較為簡單本文不予贅述，現針對汽車后橋減速器殼體的精加工內容，按傳統加工工藝與高速加工技術進行對比分析論述，具體加工流程及內容如下(圖2):

(1)毛坯及加工余量:汽車后橋減速器殼體的精加工毛坯為半精加工件，面和孔都留有一定的加工余量，即:平面加工余量為2 mm;孔加工余量為2 mm(單邊)。

(2)工件定位及夾緊:工件以φ160H7 孔軸線平行于工作臺臺面放置于液壓夾具上，工件以兩個φ12H7銷孔、φ400h7 止口、A 基準面定位，15 mm 厚度尺寸上面四點液壓夾緊。

(3)工作臺0°位置。

(4)粗鏜φ170H7/φ90H6 孔至φ169.6 mm/φ89.6 mm:

傳統加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=115 m/min，主軸轉速S=366 r/min，進給速度F=73 mm/min，切削時間T=1.37 min。

高速切削加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削速度V=220 m/min，主軸轉速S=412 r/min，進給速度F=165 mm/min，切削時間T=0.624 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率120%。

(5)銑φ170H7 孔端面:傳統加工中平面加工普遍采用面銑刀，刀片材料為YG8，其加工參數:切削線速度為110 m/min，主軸轉速為350 r/min，進給速度為490 mm/min，加工時間為2.04 min。

高速切削加工中平面加工也普遍采用面銑刀，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削線速度為220 m/min，主軸轉速為701 r/min，進給速度為1963 mm/min，加工時間為0.964 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率112%。

(6)精鏜φ90H6 孔:傳統加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=110 m/min，主軸轉速S=426 r/min，進給速度F=56 mm/min，切削時間T=1.15 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削速度V=200 m/min，主軸轉速S=708 r/min，進給速度F=71 mm/min，切削時間T=0.552 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率109%。

(7)精鏜φ170H7 孔:傳統加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=110 m/min，主軸轉速S=210 r/min，進給速度F=32 mm/min，切削時間T=2.836 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削速度V=200 m/min，主軸轉速S=375 r/min，進給速度F=38 mm/min，切削時間T=1.384 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率105%。

(8)鉆2 -φ12H7 底孔φ11.8 mm、孔深20 mm:

傳統加工中的鉆頭為高速鋼麻花鉆頭，其加工參數:切削速度V=25 m/min，主軸轉速S=663 r/min，進給速度F=166 mm/min，切削時間T=1.106 min。

高速加工中的鉆頭為硬質合金鉆頭，其加工參數:切削速度V=120 m/min，主軸轉速S=3239 r/min，進給速度F=810 mm/min，切削時間T=0.274 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率304%。

(9)鉸2 -φ12H7 孔:傳統加工中的鉸刀為高速鋼鉸刀，其加工參數:切削速度V=18 m/min，主軸轉速S=368 r/min，進給速度F=126 mm/min，切削時間T=1.358 min。

高速加工中的鉸刀為硬質合金鉸刀，其加工參數:切削速度V=80 m/min，主軸轉速S=2123 r/min，進給速度F=1062 mm/min，切削時間T=0.238 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率471%。

(10)工作臺回轉至90°位置。

(11)粗鏜φ160H7/M163 ×2 底孔至φ159.6 mm/φ161 mm:傳統加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=115 m/min，主軸轉速S=366 r/min，進給速度F=73 mm/min，切削時間T=1.38 min。

高速切削加工中的粗鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削速度V=220 m/min，主軸轉速S=412 r/min，進給速度F=165 mm/min，切削時間T=0.622 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率122%。

(12)精鏜φ160H7 孔:傳統加工中的精鏜工序中鏜刀一般為單刀頭，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=110 m/min，主軸轉速S=210 r/min，進給速度F=32 mm/min，切削時間T=2.847 min。

高速切削加工中的精鏜工序中鏜刀一般為雙刃刀頭，刀片材料為合金涂層刀片，其加工參數:切削速度V=200 m/min，主軸轉速S=375 r/min，進給速度F=38 mm/min，切削時間T=1.386 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率106%。

(13)銑螺紋M163 ×2:傳統加工的大直徑內螺紋工序中采用單刃鏜刀插補加工方法，鏜刀頭材料為YG8，其加工參數:切削速度V=80 m/min，主軸轉速S=180 r/min，進給速度F=22 mm/min，切削時間T=6.192 min。

高速切削加工的大直徑內螺紋工序中采用銑削加工方法，螺紋銑刀材料為涂層合金，其加工參數:切削速度V=140 m/min，主軸轉速S=557 r/min，進給速度F=334 mm/min，切削時間T=1.547 min。

傳統加工與高速切削加工對比分析，可見高速切削加工比傳統加工提高效率301%。

(14)工作臺回轉至270°位置

(15)粗鏜φ160H7/M163 ×2 底孔至φ159.6 mm/φ161 mm:同(11)工序(略)。

(16)精鏜φ160H7 孔:同(12)工序(略)。

(17)銑螺紋M163 ×2:同(13)工序(略)。

(18)夾具松開加工工件。

(19)工作臺回轉至0°位置。

3 高速切削加工優勢分析

高速切削加工作為一項高新技術，隨著制造技術的發展，近年來也取得了很大的進步，也被大家所接受，對于減速器殼體的高速加工而言，其優勢主要體現在以下方面:

(1)提高了刀具的壽命:高速切削是在吃刀深度較小，切削速度較高的情況下進行的，由于切削時產生熱量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，傳遞到工件上的熱量大大減少，刀具切削刃的吃刀時間特別短，從而降低了刀具的磨損，提高了刀具的壽命，節約了生產成本，有利于保證工件的加工精度。

(2)提高了機床的使用壽命:高速切削的吃刀深度較小，刀具和機床主軸承受的徑向力較小，主軸軸承承受的沖擊力較小，減小了主軸軸承、滾珠絲杠、導軌的磨損，使機床的使用壽命提高。

(3)提高了加工效率:隨著切削速度的大幅度提高，進給速度也相應提高，單位時間內的金屬切除率大幅度的提高，是傳統加工的3～5 倍，從而提高了機床的使用效率。

(4)有利于加工熱變形大的工件:在高速切削時，加工中的大部分熱量來不及傳遞給工件，而是被高速加工下來的切屑帶走，因此減小了工件的熱變形，有利于熱變形大工件的加工。

(5)有利于提高工件的加工精度、表面粗糙度及尺寸公差和形狀位置公差。

4 結語

高速切削加工是一種不增加設備數量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術，它可以縮短工件的加工時間，生產效率得到了大幅度提高，提高工件的加工精度和表面質量，在一臺設備上通過一次裝夾完成工件的半精加工、精加工，從而降低了生產成本。實踐中驗證了其切削參數合理性、工藝過程正確性，已成為某企業汽車后橋減速器殼體加工工藝典范，值得在汽車后橋減速器殼體加工中推廣應用。