双金属孔的加工

1、引言

　　目前大多数轿车变速箱壳体使用铝合金材料，该材料的特点是轻便。但常运动部位易磨损。为减缓磨损，一些汽车公司通常采用在运动部位增加轴承和镶嵌衬套的方式减缓磨损。但时间久后与轴承和衬套接触部位受力大的铝合金孔会被研大，造成相互配合的零件间隙增大，产生噪音和操作不如新车流畅等问题，降低乘客驾乘舒适感。神龙汽车公司争对此问题设计镶嵌式壳体，缓解上述问题。该壳体孔的毛坯尺寸和产品尺寸见图1：

　　毛坯的镶嵌的钢板孔径为10~10.3mm，铝合金预铸孔孔径为11.7~12mm,加工完毕以后尺寸为14~14.027mm,粗糙度R16，功能为带阻力抗敲击。加工过程中的难点在于两种金属的收缩率不同，加工完毕后还要保证两种材料同一尺寸和表面质量。本文主要讲述通过实验的方法，解决如何实现双金属孔加工，并保证加工尺寸和质量。

2、加工方案的选定

  2.1设备的选定

　　我公司用来加工该产品的生产线有两条，一条是早期设计专机组成的自动线。另一条由加工中心组成的柔性化生产线。自动线设计只考虑铝合金零件的加工，故主轴的刚性和一些参数的设置都无法满足钢材料的加工，最终选择了柔性化程度较高的加工中心。

  2.2加工方案的选定

　　从毛坯到成品，孔直径方向的余量达到4mm,单边余量达到2mm。孔的加工精度等级IT8，粗糙度均值16μm，功能状态为带阻力，抗敲击。分析毛坯尺寸和产品的尺寸以及表面质量和要求，该孔加工必须由至少粗加工和精加工两道序完成。因两种材料的收缩率不同，且在加工过程中有冷却液，故精加工的余量不能过大，暂时定于0.4~0.5mm之间。

  2.3加工刀具的选择

　　如何确定金属加工过程中使用的刀具呢？

　　主要是两方面：一是被加工的金属材料，二是被加工的零件的质量要求。首先我们看看被加工对象的材料成分，具体材料和成分见下表1、表2。

                             表1 

表2  

　　镶嵌钢板的材料成分可以看出，该材料为低碳钢，可以使用硬质合金刀具或硬质合金带涂层刀具。铝合金材料的可以使用金刚石刀具或硬质合金刀具。两种金属同时加工，硬质合金带涂层刀具不适合加工铝合金材料，金刚石刀具不适合加工钢材。综合上述两点原因，刀具确定使用硬质合金无涂层刀具。

3、加工参数及刀具的确定

 3.1粗加工刀具及参数的选择

　　原粗加工刀具使用的硬质合金立铣刀，满足现有的双金属的加工，故不用改换刀具，只需要对现有刀具的加工参数进行调整满足加工需求即可。具体加工参数见下表3。

      表格3

3.2精加工刀具及的选择

3.2.1使用可调整刀片式双刃镗刀

 　　该方案无可参考信息，所以只有采用实验方式，来选择合适的加工参数。实验的使用的加工参数见列表4

                                表4

　　经过上述多组实验发现：每转的进给量对孔径的影响非常明显，进给量越小，铝合金和钢板孔径尺寸的差异越小，最大可达到0.008mm,最小0.003mm。上述表格中第3组、第5组加工参数切削时较稳定，但加工8-10后，刀杆缠屑，挤伤内孔表面，导致直径偏大甚至超差，如果无缠屑情况下，孔壁不受铁屑挤压的情况下，粗糙度均能满足要求(R16)。刀具的寿命也不能满足使用，基本上在20件左右调整刀具一次。因无法解决缠屑和刀具寿命问题，故改用硬质合金多刃立铣刀实验。

    3.2.2 使用硬质合金立铣刀

实验使用的加工参数及加工结果见表5。

表5

　　由上述表格实验数据，可知，第4组参数加工出来的尺寸不稳定，第1、2、3组数据较稳定，但第1组加工结果靠近尺寸下限，第3组数据超过尺寸下限。整个过程使用同一把刀具加工，刀具尺寸不可调整，只能在定做过程中改变刀具尺寸。第1、3组参数可做备用参数(如果刀具制作尺寸靠近刀具要求公差的上限可选用)。加工完毕后，铁屑呈针状，刀具无缠屑，粗糙度满足要求，设备能力值CAM≥1.33，工序能力值≥1.67。考虑到刀具加工过程中是不断磨损，故选用第2组加工参数。

3.2.3精加工刀具使用定型

　　由3.1.1和3.1.2最终确定使用硬质合金不带涂层多刃立铣刀。

4、总结

　　整个加工过程中，通过分析现生产已有设备条件，对比材料的性质，结合机械加工的经验，利用实验的方法得出满足自己生产使用的加工参数以及合适的加工刀具。

　　由于各加工行业使用的设备等情况不尽一样，本文主旨是在阐明如何通过实验的方法获得适合自己生产加工的条件。

参考文献：

• 柯明扬，机械设计工艺学，北京航天大学出版社，1996，1，40
• 熊良山，严晓光，张福润，机械制造技术基础，华中科技大学出版社，2007，1，14
• 熊建武，铝合金切削加工条件选择及切削性能的改善，科学信息，2007，26，24

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