6AT油泵支架車削加工研究

朱三江 鄧禮均

摘 要：針對鋁合金材質(zhì)的異形薄壁件在車削加工時，因夾具夾持零件部位較少以及夾具支撐零件不到位的原因，導致油泵支架端面尺寸超差的問題。文章在傳統(tǒng)車削工藝的基礎(chǔ)上，通過改進裝夾方式和采用輔助支撐，并結(jié)合實際分析出合適的裝夾位置和夾持力。經(jīng)加工驗證，采用該加工方案可大大降低零件變形和避免夾具把件不穩(wěn)，保證油泵支架端面加工質(zhì)量，取得了良好的加工效果。

關(guān)鍵詞：油泵支架；雙頂加工；輔助支撐；異形薄壁

中圖分類號：TG51 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0098-03

Abstract： In the process of turning the special-shaped thin-walled parts made of aluminum alloy， there are few clamping parts and the supporting parts of the clamping fixture are not in place， which leads to the problem of oversize of the end face of the oil pump support. On the basis of the traditional turning technology， the suitable clamping position and clamping force are analyzed by improving the clamping mode and adopting the auxiliary support. The machining results show that the machining scheme can greatly reduce the deformation of the parts， avoid the instability of the jig， guarantee the processing quality of the end face of the oil pump support， and obtain a good machining effect.

Keywords： oil pump bracket； double top machining； auxiliary support； abnormal thin wall

引言

汽車自動變速器油泵，作為自動變速器整個液壓操控系統(tǒng)的動力源和箱內(nèi)各摩擦副潤滑裝置，它以其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、扁平化、重量輕等優(yōu)點廣泛應用于各類自動檔汽車。其中，手自一體自動變速箱（AT）油泵傳動效率高，可靠性好，是目前汽車市場上主流變速器油泵結(jié)構(gòu)之一。

油泵支架是變速器油泵的安裝基礎(chǔ)件，其作用是將有關(guān)的零件聯(lián)成有機整體，并固定在汽車自動變速器上，并與液力變矩器對接，起到固定位置，傳遞液壓油和潤滑油的作用。油泵支架的主要結(jié)構(gòu)特點：形狀不規(guī)則、薄壁平面、精度要求高、裝夾易變形、制造難度大。本文以裝夾方式為出發(fā)點，分析總結(jié)傳統(tǒng)加工方法引起零件超差的原因，改進車削工藝，從而提高零件的加工精度。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

某6AT油泵支架結(jié)構(gòu)如圖1所示，其形狀不規(guī)則，壁厚也不均勻，材料牌號為鋁合金ADC12。基準W面為定位面和密封面，與變速器對接，其內(nèi)有進出油口和各種潤滑油道，因此，W面的平面度要求較高。基準X為軸頸，其外圓與內(nèi)轉(zhuǎn)子襯套形成摩擦副，工作時，液力變矩器撥叉帶動內(nèi)轉(zhuǎn)子圍繞基準X旋轉(zhuǎn)，且軸上花鍵與液力變矩器聯(lián)結(jié)傳遞扭矩，因此，基準面W相對于基準X的垂直度要求較高。此外，密封圈安裝面是用于安裝密封圈并實現(xiàn)密封作用，保證變速器油不泄露，因此，該處的跳動也要求較高。

2 工藝分析

從油泵支架結(jié)構(gòu)（圖1）及關(guān)鍵尺寸（圖2）分析可知，此支架為異形薄壁件，除了有尺寸精度、表面粗糙度要求外，對形位精度也要求較高，特別是平面度0.02mm、垂直度0.03mm和跳動0.03mmm等要素，由于對裝夾要求高，在實際加工過程中容易產(chǎn)生變形或把件不穩(wěn)而難以保證。

2.1 傳統(tǒng)車削工藝

該支架傳統(tǒng)車削工藝是：精車I→精車II。精車I時夾持基準X，Z面貼緊夾具端面，加工出基準面W和基準Y，同時確保基準X和Y同心，減少精車II時基準X、Y轉(zhuǎn)換帶來的誤差；精車II時夾持基準Y，基準W面貼緊夾具端面，加工出3個孔直徑以及0.03mm的跳動。按照上述方案加工時，測量發(fā)現(xiàn)平面度0.02mm、垂直度0.03mm和跳動0.03mm等均出現(xiàn)不同程度超差，其中垂直度和跳動超差嚴重，零件存在變形或夾具把件不穩(wěn)等情況。

分析垂直度超差原因：（1）材料原因。該支架材料是鋁合金ADC12，而其他支架的材料是灰鐵HT250，由于鋁合金比灰鐵軟，尺寸穩(wěn)定性差，變形量較灰鐵大；（2）夾具支撐原因。結(jié)合鋁合金的加工特性，對于該精度要求更高的異形薄壁件，在夾具設(shè)計時沒有考慮到輔助支撐，導致零件變形嚴重；（3）夾具裝夾原因。精車I時基準X的長度只有14.5mm，夾持部位相對其他支架較短，在加工過程中夾具存在把件不穩(wěn)的情況，導致基準W面跳動較大，影響了垂直度的最終結(jié)果。

分析跳動超差原因：（1）基準原因。跳動0.03mm的基準是X，而裝夾基準是Y，存在一定的基準轉(zhuǎn)換誤差；（2）夾具裝夾原因。由于軸斜齒直徑比基準Y直徑小，所以精車II的主要夾持部位是基準Y，但基準Y的長度只有14.4mm，與精車I類似，在加工過程中夾具也會存在把件不穩(wěn)的情況，零件旋轉(zhuǎn)中心跳動增大，導致直徑的跳動超差。

2.2 工藝改進

基于以上分析和研究，為避免零件變形和夾具把件不穩(wěn)等情況發(fā)生，決定采用一種新的裝夾方法。同時，考慮軸的基準X是通過雙頂兩端倒角磨加工出來的，倒角與基準X的裝夾基準轉(zhuǎn)換影響較小。因此，將精車I和精車II統(tǒng)一更改為雙頂?shù)菇堑姆绞絹硌b夾零件，消除了夾持部位較短引起的把件不穩(wěn)，并使用輔助支撐對容易產(chǎn)生變形的部位進行支撐，零件端面受力均勻，消除了零件變形。生產(chǎn)中采用這種方案加工的零件測量結(jié)果：垂直度0.03mm檢測結(jié)果為0.009mm，跳動0.03mm檢測結(jié)果為0.011mm，其余尺寸均滿足要求，且各尺寸的加工結(jié)果均比傳統(tǒng)車削工藝要好。由此可見，此工藝改進，能取得較好的效果。

2.3 夾具設(shè)計

如圖3所示，精車I的夾具由支撐缸1（共5個）、固定頂尖2、回轉(zhuǎn)頂尖3、周向限位柱4和其他零件組成，將支架軸兩端的倒角分別放在固定頂尖2和回轉(zhuǎn)頂尖3上，并用支撐缸1根據(jù)異形薄壁面的受力情況進行不同部位的支撐；同時，采用周向限位柱4防止零件在加工過程中周向旋轉(zhuǎn)。其中，支撐缸1采用的是油壓上升型支撐缸，結(jié)構(gòu)如圖4所示，當油壓處于關(guān)閉時，柱塞處于收回狀態(tài)；當供給油壓時，柱塞逐漸伸出，與工件接觸后（在任意位置）停止；然后，活塞在油壓的作用下開始下壓，活塞和筒夾的錐面作用通過鋼球?qū)χa(chǎn)生強勁的抱緊力，從而形成支撐力，有效地起到了支撐的作用。

同樣，如圖5所示，精車II的夾具由活動頂尖1、回轉(zhuǎn)頂尖2、周向限位柱3和其他零件組成，將支架軸兩端的倒角分別放在頂尖1和頂尖2上，并用周向限位柱3防止零件在加工過程中周向旋轉(zhuǎn)。

以上工裝的優(yōu)點是：（1）改變了裝夾方式，采用雙頂加工，避免了夾具把件不穩(wěn)引起的竄動；（2）統(tǒng)一了前后兩序的裝夾基準，減少了基準轉(zhuǎn)換帶來的誤差；（3）采用了輔助支撐，對異形薄壁的部位進行了有效地支撐，避免了零件變形過大引起尺寸超差。

對工裝的技術(shù)要求是：（1）精車I的支撐缸1要根據(jù)支撐部位所需的支撐力進行合理的選型，并通過支撐缸支撐力計算公式（不同品牌和不同型號的支撐缸，其計算公式也不一樣）得出最大支撐力，并根據(jù)實際情況設(shè)定供給油壓；（2）精車I的回轉(zhuǎn)頂尖3壓力設(shè)定需保證零件與兩端頂尖無相對運動；（3）精車II的活動頂尖1和回轉(zhuǎn)頂尖2的

壓力設(shè)定在保證零件與兩端頂尖無相對運動的同時，還應避免因頂緊壓力設(shè)定過大導致零件變形。

2.4 批量加工驗證

精車I序，將零件按如圖3所示裝夾，結(jié)合支撐缸1支撐力（kN）計算公式：0.7×P-0.91（符號P表示所供給的油壓（MPa））調(diào)整供給油壓，通過多次加工驗證，總結(jié)出合理的支撐缸1壓力范圍：20～25bar，回轉(zhuǎn)頂尖3壓力范圍：10～15bar。同樣，按此方法，總結(jié)出精車II序中活動頂尖1壓力范圍：13～18bar，回轉(zhuǎn)頂尖2壓力范圍：10～15bar。

按以上參數(shù)分別加工8件零件，精車I序的關(guān)鍵尺寸垂直度0.03mm檢測結(jié)果見表1，精車II序的關(guān)鍵尺寸跳動0.03mm檢測結(jié)果見表2。

經(jīng)過前期的試加工驗證后，后續(xù)進行了大批量的生產(chǎn)和跟蹤，并對檢測結(jié)果進行分析和計算，各項尺寸均滿足產(chǎn)品要求，且所有關(guān)鍵尺寸的過程能力相當高，CPK值均大于1.33，甚至個別尺寸還超過了1.67，符合批量生產(chǎn)要求。

3 結(jié)束語

通過改進裝夾方式，采用雙頂加工，消減了夾具因夾持零件部位少的原因，引起把件不穩(wěn)，避免了該油泵支架在加工過程中的竄動。同時，保證了前后兩序的基準統(tǒng)一，避免了基準轉(zhuǎn)換帶來的誤差。此外，增加了5個輔助支撐缸，起到了消減零件變形的作用，保證了產(chǎn)品精度，適合于類似產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

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