倒擋軸孔正反去毛刺工藝

王榮，祁正梅，舒志強

寶雞法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西寶雞 722409

1 序言

鋁合金機械變速器殼體中廣泛存在倒擋介輪，其端面呈面對面布置，加工過程中產(chǎn)生的毛刺易進入已經(jīng)加工好的倒擋軸孔，加工完成后清理毛刺時，不僅操作難度大、工作效率低以及勞動強度大，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)品生產(chǎn)現(xiàn)狀為多品種小批量生產(chǎn)，因此普遍采用手動去毛刺簡易工具如刮刀、油石等主流工具，部分采用自主開發(fā)的手動去毛刺專用工裝，少數(shù)批量產(chǎn)品采用多關(guān)節(jié)機器人去毛刺作業(yè)[6]。但這些均屬于硬切削去毛刺方法，未能深入研究機械加工中毛刺的形成原因、形成過程，與軟性去毛刺方法還有一定差距。

下面介紹一種在機去毛刺新工藝方法。開發(fā)出一種雙向預(yù)切除去毛刺刀具，實現(xiàn)倒擋孔雙向無毛刺加工，既降低操作人員勞動強度與難度，又提高作業(yè)質(zhì)量與效率。

2 工件結(jié)構(gòu)及問題描述

倒擋介輪第一端面如圖1所示，第二端面如圖2所示。在加工過程中產(chǎn)生的毛刺易進入已經(jīng)加工過的倒擋軸孔；另外由于該處結(jié)構(gòu)尺寸較小，操作人員應(yīng)用刮刀、油石等去毛刺工具難以徹底清理，甚至容易劃傷第一端面與第二端面，造成倒擋介輪裝配后卡滯或造成變速器異響。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。

圖1 倒擋介輪第一端面

圖2 倒擋介輪第二端面

3 現(xiàn)有去毛刺方法

目前針對多品種小批量的生產(chǎn)特點，大多數(shù)采用刮刀、油石及去毛刺工裝等進行人工去除毛刺；少部分批量產(chǎn)品采用機器人去毛刺。圖3為采用刮刀去毛刺，圖4為采用正反倒角裝置去毛刺，圖5為采用機器人去毛刺。

圖3 采用刮刀去毛刺

圖4 采用正反倒角裝置去毛刺

圖5 采用機器人去毛刺

采用上述去毛刺工裝或方法理論上可以實現(xiàn)將所有毛刺清除，但是由于人工操作質(zhì)量受制于人，因人而異，所以去除毛刺后不僅零件質(zhì)量差異性大、穩(wěn)定性差，而且還存在漏工序風(fēng)險；并且因勞動強度大，導(dǎo)致勞動效率低；機器人去毛刺成本高等問題，所以多品種小批量情況下全部實現(xiàn)機器人去毛刺不現(xiàn)實。

4 新工藝方法

4.1 理論分析

毛刺的形成機理是由于在機械加工過程中不連續(xù)的切削狀態(tài)引起的，而且毛刺形成后易出現(xiàn)卷曲狀，形成圓弧狀態(tài)。當(dāng)毛刺形成后無任何擠壓或者干涉碰撞等動作時，其就會殘留在被切削基體邊沿，形成工件殘存毛刺；若發(fā)生碰撞或擠壓，即可形成切屑?；诖?，以圓弧卷曲狀毛刺為研究對象，采用預(yù)切削后圓錐面形成毛刺擠壓面去毛刺，以下簡稱預(yù)切削法去毛刺，并對其進行工藝可行性試驗。圖6為加工后切屑的狀態(tài)，其可簡單理解為毛刺的形狀。

圖6 加工后切屑的狀態(tài)

針對倒擋軸孔毛刺難以去除的問題，可采用預(yù)切削法解決。

倒擋軸孔直徑為25mm，倒擋軸孔兩端面距離為42mm。原機械加工工藝：立式加工中心加工軸承孔等→立式加工中心加工倒擋軸孔、撥叉軸孔等→臥式加工中心加工倒擋孔端面、周圍孔等。

毛刺形成原因分析：由于倒擋軸孔在倒擋孔端面加工時已經(jīng)加工至成品尺寸，且加工倒擋軸孔端面時，在倒擋軸孔附近存在殘余鋁質(zhì)，且加工中生成的切屑無法通過擠壓或者碰撞去除，所以在加工倒擋孔端面時，毛刺易進入倒擋軸孔，且隨著立銑刀與被加工面接觸位置的不同，立銑刀刀尖與刀柄部分產(chǎn)生的不同的徑向變形，易引起刀具與被切削部分持續(xù)擠壓，導(dǎo)致毛刺更易生成?，F(xiàn)場加工后正面孔口存在的毛刺如圖7所示。

圖7 正面孔口存在的毛刺

解決方案：由于在毛刺生成中孔口殘余鋁質(zhì)的存在是部分原因，其可通過工藝安排一道工步預(yù)加工孔口鋁質(zhì)，消除臥式加工中心加工時毛刺生成的條件，主動創(chuàng)造毛刺擠壓面而消除機械加工過程中生成的毛刺。

改進后的機械加工工藝：立式加工中心加工軸承孔→立式加工中心加工倒擋軸孔、撥叉軸孔，倒擋軸孔倒角預(yù)加工→臥式加工中心加工倒擋軸孔端面、周圍孔等。

根據(jù)改進后的機械加工工藝，開發(fā)出一款預(yù)切削正反倒角刀具（見圖8）。

圖8 預(yù)切削正反倒角刀具

由于刀具最大直徑24mm＜倒擋軸孔直徑25mm，傾斜角度135°＜180°，因此刀具設(shè)計合理、操作安全。

4.2 現(xiàn)場試驗

在公司某殼體生產(chǎn)車間進行新工藝試驗，試驗參數(shù)：轉(zhuǎn)速n=1500r/min，進給速度vf=150mm/min。圖9為立式加工中心預(yù)切削刀具系統(tǒng)，圖10為工件預(yù)切削后狀態(tài)，圖11為零件倒擋軸孔正面預(yù)切削去毛刺效果，圖12為零件倒擋軸孔反面預(yù)切削去毛刺效果。

圖9 立式加工中心預(yù)切削刀具系統(tǒng)

圖10 工件預(yù)切削后狀態(tài)

圖11 零件倒擋軸孔正面預(yù)切削去毛刺效果

圖12 零件倒擋軸孔反面預(yù)切削去毛刺效果

試驗結(jié)果：通過立式加工中心倒擋軸孔預(yù)切削去鋁質(zhì)且形成毛刺擠壓面后，臥式加工中心加工完倒擋軸孔端面無任何毛刺產(chǎn)生，且無毛刺進入已經(jīng)加工完的倒擋軸孔，試驗取得良好效果。

5 預(yù)切削法去毛刺的拓展應(yīng)用

基于預(yù)切削法，拓展應(yīng)用預(yù)鑄造法去毛刺。

預(yù)鑄造法去毛刺機理：在被加工毛坯中鑄造倒角，通過加工中毛刺與預(yù)鑄造倒角擠壓去除加工過程中生成的毛刺，實現(xiàn)無毛刺加工。

預(yù)鑄造倒角毛坯如圖13所示，預(yù)鑄造加工后零件狀態(tài)如圖14所示。

圖13 預(yù)鑄造倒角毛坯

圖14 預(yù)鑄造加工后零件狀態(tài)

6 結(jié)束語

本項目重點對倒擋軸孔正反去毛刺方法進行研究，自主開發(fā)了一款預(yù)切削正反倒角刀具，實現(xiàn)了倒擋軸孔無毛刺加工目標。同時，基于預(yù)切削法，拓展應(yīng)用預(yù)鑄造法去毛刺，試驗取得良好效果。預(yù)切削法去毛刺已廣泛應(yīng)用于公司的實際生產(chǎn)中，預(yù)鑄造法正在逐步推廣應(yīng)用中。