自動擋變速箱鉆削過程中斷屑與鉆頭結構的分析

諶志能

摘 要：自動擋變速箱殼體材質較一般變速箱材質的韌性大幅增強同時殼體內部結構復雜，最小的孔徑只有約5毫米。因此在鉆削過程中產生的的鋁屑極易殘留在殼體中，難以清洗。鉆削產生的鋁屑最后存在于殼體成品中，會造成變速箱嚴重故障。文章根據生產中遇到的實際問題，淺析了鉆屑過程中斷屑與鉆頭結構之間的關系。

關鍵詞：自動擋變速箱；斷屑；鉆頭結構

中圖分類號：TG52 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0106-02

Abstract： Automatic gearbox shell material than the general transmission material toughness greatly enhanced while the shell internal structure is complex， the smallest aperture is only about 5 mm. Therefore， the aluminum scraps produced in the drilling process are easy to remain in the shell and are difficult to clean. The aluminum scraps produced by drilling finally exist in the finished shell， which will cause serious fault of the gearbox. According to the practical problems encountered in production， the relationship between chip breakage and drill bit structure in the process of drilling cuttings is analyzed in this paper.

Keywords： automatic gearbox； chip-breaking； bit structure

1 概述

在自動擋變速箱的售后問題中，最難以解決的問題之一就是自動擋變速箱殼體機械加工及清洗后的殘余鋁屑難以去除。如圖1所示：加工清洗后如果有鋁屑滯留，它們會隨著變速箱的工作，進入齒輪系中，隨之進入運動部件，造成運動部件卡滯，變速箱無法正常工作。

解決這個問題的關鍵是將鋁屑做小，使清洗機能夠很輕松地將鋁屑沖出變速箱殼體。本研究就是針對該問題，即來源于將鋁屑做小的實際改進，從而分析鉆頭結構對斷屑的一些方法。

2 鉆頭斷屑理論分析

鉆頭是最易造成鋁屑過大且存留在成品殼體中的刀具。通過對滯留在殼體中鋁屑的寬度與鉆頭的切削有效刃長進行比對，研究表明鋁屑由鉆頭產生。因此鉆頭的斷屑是變速箱殼體鋁屑滯留問題解決的關鍵。

2.1 切屑形成過程及條件

由金屬切削原理可知，在加工韌性材料時，被切削材料是經過第一變形區和第二變形區的變形后從刀具前面脫離而變為切屑的。如果切屑不能夠自然折斷，就必須采取一定措施迫使其折斷。那么，在什么樣的條件下切屑才能折斷呢？我們分析切屑的折斷條件，脆性材料的自然斷裂成崩碎切屑，所以在斷屑理論中，一般采用最大應變理論作為切屑折斷的理論基礎，其判據形式是：

由（1）式有：設切屑厚度為ac，切屑卷曲半徑為Rc，受阻后切屑半徑為為RL，當切屑應變ε達到斷裂應變極限εb時，切屑將被折斷。因此切屑折斷的條件為：

式中：K為切屑剖面的中性面至粗糙面距離系數，K*ac為切屑剖面的中性面至粗糙面距離。

由（2）式可以看出，切屑厚度ac越大，切屑上向卷曲的曲率半徑尺也越小時，應變心就越大，切削就易于折斷。根據上述理論，使連續切屑折斷的條件是：加于切屑上的變形力應大于切屑材料的斷裂強度極限。

2.2 切屑折斷方法

若切屑能在第一變形區內受刀具的擠壓而剪斷，就必須使作用于滑移面上的最大剪應力大于被加工材料的剪切強度極限，并使切削在第一變形區就脫離材料母體而斷裂，形成碎屑。若切屑經過第一變形區變形后沒有折斷，繼續流向第二變形區，在第二變形區內使切屑的變形量突然增大，就可能使切屑折斷。為此可以采用如下措施：

（1）改變被加工材料的性能。

（2）增加切屑變形，如加大進紿量，使剪切應力加大。

（3）在刀具的前刀面上增加排屑槽。

（4）增大進給量，使切屑來不及塑性變形而折斷。

（5）降低切削速度，并加注冷卻液，使切屑的塑性降低而易于折斷。

3 斷屑效果及鉆屑力測試試驗

前面對鉆頭的斷屑進行分析，從理論上推導、論證了刀具結構的斷屑條件，本節根據斷屑條件，設計刀具結構，驗證其斷屑效果。

試驗過程設計：

試驗機床：德國DMGNHC5000加工中心機床。生產線正常加工的自動擋變速箱殼體，切削用量：每齒進給量0.30mm/轉，線速度：202米/分鐘試驗刀具：按照試驗方案制作前刀面帶斷屑槽的直徑為4.2毫米的整體硬質合金鉆頭。

試驗過程：將機床內部的所有切屑清空，在夾具下放置收集鋁屑的托盤，單步加工易卡鋁屑的孔，加工結束后將盤中得到的鋁屑和工件中的鋁屑聚集在一起，選擇最大的鋁屑作為樣品。分別用無斷屑槽和有斷屑槽加工6次，得到12個試驗樣品，并對樣本編號。

測量方法：將樣品放置在顯微鏡中進行拍攝保存為圖片，并留有比例尺。將得到的圖片導入AutoCAD軟件中。在AutoCAD軟件中測量鋁屑的長度和寬度，除以AutoCAD中比例尺測量的長度值，換算得到每一個鋁屑的實際長度和實際寬度。最后，將得到的長度值和寬度值進行比較，將較大值作為鋁屑的長度。

結果表明：

（1）帶有斷屑槽的鉆頭能解決自動擋

變速箱復雜油孔、盲孔殘余鋁屑的問題，能適應于變速箱的批量生產。在通過數據分析對比中發現：斷屑槽產生的鋁屑長度、寬度較原先鋁屑均有明顯改善且穩定。此項研究對分析其他類產品，如發動機缸蓋、氣缸蓋罩等打下了基礎，有推廣價值。

（2）本文只

論證了斷屑槽對自動擋變速箱的影響，對斷屑槽的工藝參數，如槽寬、槽深、槽底圓弧半徑、棱帶寬度未做分析，分析不同材質的變速箱有最適的斷屑槽參數，后續將對這一部份內容進行研究分析。

參考文獻：

[1]中山一雄.金屬切削加工理論[M].李云芳，譯.機械工業出版社，1985，3：188-192.

[2]方寧.硬質合金刀片新型斷屑槽形及其CAD技術研究[D].華中理工大學，1994.

[3]蔣麗.淺析數控刀具的合理選用[J].智能城市，2017（04）：147.

[4]何騰蕓.斷屑機理和斷屑判據研究[J].北京理工大學，哈爾濱科學技術大學學報，1989.

[5]向志楊.鉆削典型難加工材料的斷屑技術研究[D].東北大學，2009.