减速器壳体高速加工技术研究及其应用

李新宁 李才儿 黄桂英 常伟军 许显存 杨锦斌

(①青海交通职业技术学院，青海 西宁 810003;②青海一机数控机床有限责任公司，青海 西宁 810018)

高速切削加工是一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。

下面针对某汽车后桥减速器壳体零件加工过程的工艺分析、传统加工工艺与高速加工技术对比分析、高速切削加工优势等方面进行探讨，可能有不周之处，请读者不吝赐教。

1 工艺性分析

汽车后桥减速器壳体形状复杂，孔系繁多，属于典型的箱体类零件，见图1 所示。由于减速器壳体结构复杂，材料为球墨铸铁，选用精密铸造毛坯，毛坯精度较高。

1.1 工艺性分析

以某汽车后桥减速器壳体为例(图2)，进行其加工过程的工艺分析。从设计角度讲，零件的主要加工表面和非主要加工表面是清楚分开的，即主次分明，未注明公差的加工表面，经过粗加工或半精加工就能满足精度要求，该零件具有良好的工艺性。但由于零件重量较大，壳体较薄，在加工中容易产生变形;减速器壳体上孔系繁多，精度要求高且多尺寸不等，加工时需要很多不同的定尺寸特殊刀具，从这两点来说该零件加工具有工艺性较差的特点。

1.2 确定加工方案

通过对减速器壳体加工工艺性分析，以“先面后孔、粗精分开”原则确定了加工方案。具体内容如下:

(1)加工顺序先面后孔

减速器壳体的加工顺序均为先加工面，以加工好的平面定位再来加工孔。因为减速器壳体孔的加工精度高、加工难度大，先以孔为粗基准加工好平面，再以平面为精基准加工孔，这样既能为孔的精加工提供稳定可靠的基准，同时可以使孔的加工余量均匀。

(2)加工阶段粗、精分开

减速器壳体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故减速器壳体主要加工表面都要划分为粗、精加工两个阶段。单件小批量生产的减速器壳体加工，如果从工序上也安排粗、精分开，则机床、夹具数量要增加，工件转运也费力，所以实际生产中将粗、精加工在一道工序内完成。但从工步上讲，粗、精加工还是分开的。如在粗加工后将工件松开一点，然后再用较小的夹紧力夹紧工件，使工件因夹紧力而产生的弹性变形在精加工前得以恢复。

(3)工序间安排时效处理

减速器壳体比较复杂，铸造内应力较大，一般都应当在铸造和粗加工后面均安排一次人工时效或去应力退火，以除去工件内应力，减小变形，保证精度的稳定。

2 传统加工工艺与高速加工技术对比分析

汽车后桥减速器壳体的加工，无论是普遍使用的传统加工技术，还是高速、高效的高速加工技术，加工方案都采取了先粗后精、先面后孔的常规加工程序，粗加工较为简单本文不予赘述，现针对汽车后桥减速器壳体的精加工内容，按传统加工工艺与高速加工技术进行对比分析论述，具体加工流程及内容如下(图2):

(1)毛坯及加工余量:汽车后桥减速器壳体的精加工毛坯为半精加工件，面和孔都留有一定的加工余量，即:平面加工余量为2 mm;孔加工余量为2 mm(单边)。

(2)工件定位及夹紧:工件以φ160H7 孔轴线平行于工作台台面放置于液压夹具上，工件以两个φ12H7销孔、φ400h7 止口、A 基准面定位，15 mm 厚度尺寸上面四点液压夹紧。

(3)工作台0°位置。

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

传统加工中的粗镗工序中镗刀一般为单刀头，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=115 m/min，主轴转速S=366 r/min，进给速度F=73 mm/min，切削时间T=1.37 min。

高速切削加工中的粗镗工序中镗刀一般为双刃刀头，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削速度V=220 m/min，主轴转速S=412 r/min，进给速度F=165 mm/min，切削时间T=0.624 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率120%。

(5)铣φ170H7 孔端面:传统加工中平面加工普遍采用面铣刀，刀片材料为YG8，其加工参数:切削线速度为110 m/min，主轴转速为350 r/min，进给速度为490 mm/min，加工时间为2.04 min。

高速切削加工中平面加工也普遍采用面铣刀，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削线速度为220 m/min，主轴转速为701 r/min，进给速度为1963 mm/min，加工时间为0.964 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率112%。

(6)精镗φ90H6 孔:传统加工中的精镗工序中镗刀一般为单刀头，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=110 m/min，主轴转速S=426 r/min，进给速度F=56 mm/min，切削时间T=1.15 min。

高速切削加工中的精镗工序中镗刀一般为双刃刀头，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削速度V=200 m/min，主轴转速S=708 r/min，进给速度F=71 mm/min，切削时间T=0.552 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率109%。

(7)精镗φ170H7 孔:传统加工中的精镗工序中镗刀一般为单刀头，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=110 m/min，主轴转速S=210 r/min，进给速度F=32 mm/min，切削时间T=2.836 min。

高速切削加工中的精镗工序中镗刀一般为双刃刀头，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削速度V=200 m/min，主轴转速S=375 r/min，进给速度F=38 mm/min，切削时间T=1.384 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率105%。

(8)钻2 -φ12H7 底孔φ11.8 mm、孔深20 mm:

传统加工中的钻头为高速钢麻花钻头，其加工参数:切削速度V=25 m/min，主轴转速S=663 r/min，进给速度F=166 mm/min，切削时间T=1.106 min。

高速加工中的钻头为硬质合金钻头，其加工参数:切削速度V=120 m/min，主轴转速S=3239 r/min，进给速度F=810 mm/min，切削时间T=0.274 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率304%。

(9)铰2 -φ12H7 孔:传统加工中的铰刀为高速钢铰刀，其加工参数:切削速度V=18 m/min，主轴转速S=368 r/min，进给速度F=126 mm/min，切削时间T=1.358 min。

高速加工中的铰刀为硬质合金铰刀，其加工参数:切削速度V=80 m/min，主轴转速S=2123 r/min，进给速度F=1062 mm/min，切削时间T=0.238 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率471%。

(10)工作台回转至90°位置。

(11)粗镗φ160H7/M163 ×2 底孔至φ159.6 mm/φ161 mm:传统加工中的粗镗工序中镗刀一般为单刀头，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=115 m/min，主轴转速S=366 r/min，进给速度F=73 mm/min，切削时间T=1.38 min。

高速切削加工中的粗镗工序中镗刀一般为双刃刀头，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削速度V=220 m/min，主轴转速S=412 r/min，进给速度F=165 mm/min，切削时间T=0.622 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率122%。

(12)精镗φ160H7 孔:传统加工中的精镗工序中镗刀一般为单刀头，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=110 m/min，主轴转速S=210 r/min，进给速度F=32 mm/min，切削时间T=2.847 min。

高速切削加工中的精镗工序中镗刀一般为双刃刀头，刀片材料为合金涂层刀片，其加工参数:切削速度V=200 m/min，主轴转速S=375 r/min，进给速度F=38 mm/min，切削时间T=1.386 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率106%。

(13)铣螺纹M163 ×2:传统加工的大直径内螺纹工序中采用单刃镗刀插补加工方法，镗刀头材料为YG8，其加工参数:切削速度V=80 m/min，主轴转速S=180 r/min，进给速度F=22 mm/min，切削时间T=6.192 min。

高速切削加工的大直径内螺纹工序中采用铣削加工方法，螺纹铣刀材料为涂层合金，其加工参数:切削速度V=140 m/min，主轴转速S=557 r/min，进给速度F=334 mm/min，切削时间T=1.547 min。

传统加工与高速切削加工对比分析，可见高速切削加工比传统加工提高效率301%。

(14)工作台回转至270°位置

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

(16)精镗φ160H7 孔:同(12)工序(略)。

(17)铣螺纹M163 ×2:同(13)工序(略)。

(18)夹具松开加工工件。

(19)工作台回转至0°位置。

3 高速切削加工优势分析

高速切削加工作为一项高新技术，随着制造技术的发展，近年来也取得了很大的进步，也被大家所接受，对于减速器壳体的高速加工而言，其优势主要体现在以下方面:

(1)提高了刀具的寿命:高速切削是在吃刀深度较小，切削速度较高的情况下进行的，由于切削时产生热量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，传递到工件上的热量大大减少，刀具切削刃的吃刀时间特别短，从而降低了刀具的磨损，提高了刀具的寿命，节约了生产成本，有利于保证工件的加工精度。

(2)提高了机床的使用寿命:高速切削的吃刀深度较小，刀具和机床主轴承受的径向力较小，主轴轴承承受的冲击力较小，减小了主轴轴承、滚珠丝杠、导轨的磨损，使机床的使用寿命提高。

(3)提高了加工效率:随着切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提高，单位时间内的金属切除率大幅度的提高，是传统加工的3～5 倍，从而提高了机床的使用效率。

(4)有利于加工热变形大的工件:在高速切削时，加工中的大部分热量来不及传递给工件，而是被高速加工下来的切屑带走，因此减小了工件的热变形，有利于热变形大工件的加工。

(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状位置公差。

4 结语

高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术，它可以缩短工件的加工时间，生产效率得到了大幅度提高，提高工件的加工精度和表面质量，在一台设备上通过一次装夹完成工件的半精加工、精加工，从而降低了生产成本。实践中验证了其切削参数合理性、工艺过程正确性，已成为某企业汽车后桥减速器壳体加工工艺典范，值得在汽车后桥减速器壳体加工中推广应用。