离合器轴密封槽以车代磨工艺推广

冯声 沈巩 励文光

摘 要：本文提出了运用“以车代磨”技术解决离合器密封槽加工这一瓶颈工序。通过工艺试验，证明了“以车代磨”技术在此应用上的环保经济性。

关键词：以车代磨 质量 效率成本 环保经济性

中图分类号：TH453 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0095-02

随着从ZF引进的WG180系列液力变速箱市场需求逐年扩大，其三组离合器轴上的三条密封槽的加工成为了制约WG180产品上量的关键瓶颈工序。目前，国际上流行以车代磨技术可以解决这一瓶颈工序，故分厂结合目前设备现状，大力推广以车代磨加工WG180离合器轴密封槽。

1 WG180离合器轴结构、现况

WG180系列液力变速箱中，三组离合器轴上分别有3-2.05×Φ34.5槽，在这三条槽中分别装入搭扣密封环，在工作中，压力油进入搭扣密封环与活塞座形成的环形空间中，搭扣密封环被压向槽面，在搭扣密封环与槽面间形成油膜，起到密封作用。因此，槽的槽底圆弧、槽面垂直度与粗糙度质量，对油膜的形成质量起着决定性作用，一旦油膜层不均匀，易造成搭扣密封环磨损、降压、空耗升高、离合器组件早期烧损等问题。WG180离合器轴，如图1所示，材料为20MnCr5，淬火后硬度为HRC59～63，槽宽：3-2.05，槽底圆角：R0.2，槽口倒角：K0.2，槽密封面对轴线跳动≤0.02，表面粗糙度如图1。

现行工具磨磨槽加工工艺，采用以下加工流程：淬火→粗磨→超精磨→半精割槽（车）→清洗→精磨槽（工具磨）→涂放锈油。即在离合器轴淬火后，粗精磨外圆后，密封槽先在车床上半精割至3-1.95×Φ34.5，然后再由工具磨磨削至图面尺寸2.05×Φ34.5。

工具磨上使用圣班戈磨料磨具（上海）有限公司生产的WAK100-KV-150×3.2×32的砂轮。使用新砂轮时，要先用金刚石将砂轮宽度手工打薄到1.5 mm，产生大量砂轮粉尘，危害操作工健康，如图2所示。砂轮对好后，径向进入槽内至Φ34.5，然后轴向移动靠磨左右槽面，保证槽宽尺寸2.05，每根轴加工时间约为10 min，三根槽口只能手工用油石去锐边。工具磨磨削时砂轮尖角易脱落，造成槽底圆弧超差，装机使用时，搭扣密封环内径与槽底径圆弧相碰，导致搭扣环早期磨损或断裂，引起变速箱内离合器窜油，摩擦片早期烧结。工具磨加工效率低，班产只有100根左右，要求磨工技术较高。密封槽表面粗糙度差，加工效率低现已成为制约WG180产品大批生产的关键瓶颈工序。

2 以车代磨工艺研究

以车代磨是通过一些高强度、高硬度、高耐磨性的刀具（如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或涂层硬质合金刀具）在数控车床或车削中心上对淬硬钢进行高速切削加工，获得高生产率、高质量、低表面粗糙度的一种加工方法。针对WG180离合器轴密封槽结构与磨削加工存在的问题，结合现有数控车床性能，与山特维克、肯纳等刀具商合作，对WG180离合器轴密封槽进行以车代磨工艺试验。

2.1 刀具选择

能够用于以车代磨加工淬硬钢的刀具材料有CBN、PCBN、陶瓷刀具、超细晶粒硬质合金及涂层硬质合金。在山特维克（SANDVIK）、肯纳（KENNAMETAL）等刀具商的配合下，我们先后试用了CBN刀片与涂层硬质合金刀片。两者均能达到加工要求，刀片与刀杆结构为焊接式，刚性较差，价格较高，刀具磨钝后更换麻烦，使用不方便，对切削设备刚性要求较高，没有相应槽宽的标准规格刀片，最后确定使用涂层硬质合金刀片进行工艺试验：粗割刀片为山特维克（SANDVIK）N123E2-0185-0002-GF刀片（宽1.85±0.02 mm，刀片圆角0.2 mm），精割刀片为山特维克（SANDVIK）N123E2-0215-0002-GF刀片（宽2.13±0.005 mm，刀片圆角0.2 mm）。刀片材料：H13A。

2.2 机床与切削用量选择

根据图面要求，槽侧面对轴线跳动≯0.02 mm，槽深1.55 mm，计算槽面与槽底的角度允许值：

Arctan（1.55÷0.02）=89°16′

180°-89°16′=90°44′

即槽面与槽底的夹角允许为89°16′～90°44′。

工艺过程为：淬火→粗精磨外圆→半精割精割密封槽。在现有台湾友嘉CTN-350数控车床中使用二顶尖加工密封槽，保证机床拖板跳动≯0.01/100 mm、主轴外圆跳动≯0.01 mm，找正车刀刀夹跳动≯0.01 mm，半精割到3-1.95×Φ34.5，精割到3-2.05×Φ34.5，槽口可用刀具直接加工出0.2×45°倒角。

3 加工试验

3.1 精车切削参数的优化

通过切削零件解剖切片检测，并与山特维克刀具应用工程师不断商讨，修正切削参数与调整机床精度，最终将零件加工精度稳定在图面设计要求范围内。切削参数选用v=35 m/min、f=0.05 mm/r、n=300 r/min，数控车床的主轴与尾架顶尖跳动≯0.01 mm，侧母线跳动不大于0.02 mm/300 mm，机床中拖板垂直度不大于0.01 mm/150 mm后进行加工。

3.2 加工精度与加工效率的比较（如表1）

从上表可以看出，以车代磨加工槽不仅可以稳定提高加工精度，而且可以提高加工效率，一名操作工可同时操作二台数控车床。

3.3 实物质量对比

以车代磨保证了圆角尺寸及表面光洁度，槽的加工质量明显提高。经装配试车2小时后，两种加工方式对比，以车代磨轴上搭扣密封环基本无磨损痕迹，而工具磨轴上搭扣密封环磨损痕迹明显。

3.4 刀具寿命确定

根据山特维克刀具切削寿命计算与实际加工状态试验，在保证最终加工质量前提下，精割刀具寿命最终确定为240根/刀头，即每片刀片加工480根离合器轴。

4 以车代磨的综合加工成本计算

4.1 刀具与人工成本（如表2）

4.2 产品质量成本

原每月因槽加工原因导致后续市场上密封环早期磨损，造成三包损失约3万元/月，现通过以车代磨，保证了密封槽加工质量，减少了后续三包费用的产生。清洗工序的取消，避免了零件流转过程中的磕碰伤，提高了离合器轴外观质量。

4.3 环保经济性

以车代磨加工后，工艺上取消了清洗、防锈工序，减少了清洗剂、防锈油的使用，取消工具磨后，零件加工过程中无粉尘产生。在整个加工过程中，由于减少了清洗剂使用，粉尘产生，减少了对环境污染。

按现1500台/月产量计算，每年可节约加工费（3.952-1.321）×1500×3×12=142074元。

5 结语

“以车代磨”技术的运用，不仅解决了WG180离合器轴密封糟加工瓶径工序，其使用方便、质量保证、自动化高、效率提升、成本下降、环保经济，也为其他零件的类似加工提供了一条新的加工选择。

参考文献

[1]山特維克车削刀具样本，2011.

[2]友嘉数控车操作手册.

[3]赵如福.金属机械加工工艺设计手册[M].上海：科学技术出版社，1998.

[4]张伯霖.高速切削技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2002（8）.

[5]张忠强.以车代磨工艺的研究与应用[M].漳州师范学院学报：自然科学版，2009，2：59-92.