铝合金机械加工倒挡轴孔正反去毛刺工艺

针对铝合金机械变速器壳体倒档惰轮加工中毛刺不易去除的问题，开发了预切削法去毛刺新工艺，并设计了预切削正反倒角刀具，实现了无毛刺加工。

前言

铝合金变速器壳体内广泛存在倒档齿轮，它们的端面是面对面排列的。加工过程中产生的毛刺容易进入被加工的倒档齿轮轴孔。加工后清理毛刺时，不仅操作困难，工作效率低，劳动强度大，而且清理不彻底，容易划伤端面，造成产品质量事故[1-5]。

由于公司产品的生产现状是多品种小批量生产，简单的手动去毛刺工具，如刮刀、油石等被广泛使用，部分是自主研发的专用手动去毛刺工具，少数批量产品采用多关节机器人去毛刺[6]。但这些方法都是硬切削去毛刺方法，未能深入研究加工中毛刺的形成原因和过程，与软去毛刺方法还有一定差距。

下面介绍一种在机器上去毛刺的新工艺。研制了双向预切去毛刺刀具，实现了反向堵塞孔的双向无毛刺加工，不仅降低了操作人员的劳动强度和难度，而且提高了作业质量和效率。

工件机制和问题描述

换向轮的第一端面如图1所示，第二端面如图2所示。加工过程中产生的毛刺容易进入被加工的倒档齿轮轴孔中；此外，由于该处结构尺寸较小，操作人员使用刮刀、磨石等带毛刺的工具很难彻底清理干净，甚至很容易划伤第一端面和第二端面，可能造成倒档惰轮装配后卡死或造成变速器异响。这两个问题在售后反馈中最为突出，也是影响变速器工作性能的关键因素。

现有去毛刺方法

目前根据多品种、小批量的生产特点，大多采用刮刀、油石、去毛刺工具人工去毛刺。一些小批量产品由机器人去毛刺。

上述去毛刺工具或方法理论上可以去除所有毛刺，但由于人工操作质量由人控制，因人而异，去毛刺后不仅零件质量差异大，稳定性差，还存在漏工序的风险。并且由于劳动强度大，劳动效率低；机器人去毛刺成本高，在多品种小批量的情况下，实现全部机器人去毛刺是不现实的。

新技术方法

4.1理论分析

毛刺的形成机理是由于加工过程中切削状态的不连续造成的，毛刺形成后容易卷曲形成弧形状态。当毛刺在没有任何挤压或干涉碰撞等作用下形成时，会残留在切割后的基板边缘，形成工件的残留毛刺；在碰撞或挤压的情况下，会形成碎片。基于此，以圆弧卷曲毛刺为研究对象，采用预切锥面形成毛刺挤压面去毛刺，以下简称预切法去毛刺，并进行工艺可行性试验。图6是加工后切屑的状态，可以简单理解为毛刺的形状。

针对倒轴孔毛刺难以去除的问题，可以采用预切削的方法来解决。

反向轴孔的直径为25毫米，反向轴孔两端面之间的距离为42毫米。原加工工艺:立式加工中心加工轴承孔等→立式加工中心加工倒档轴孔、拨叉轴孔等→卧式加工中心加工倒档轴端面及周边孔等。

毛刺形成原因分析:由于加工反向轴孔端面时反向轴孔已加工到成品尺寸，加工反向轴孔端面时反向轴孔附近有残留铝，加工中产生的切屑无法通过挤压或碰撞去除， 加工反向轴孔端面时，毛刺很容易进入反向轴孔，由于端铣刀与加工面的接触位置不同，端铣刀的刀尖和刀柄之间的径向变形不同，容易造成刀具和被加工零件的连续挤压，导致加工后前孔存在毛刺，如图7所示。

解决方法:由于孔口残留铝的存在是毛刺产生的一部分原因，所以可以通过工艺安排，对孔口铝进行一步预处理，消除卧式加工中心产生毛刺的条件，主动创建毛刺挤压面，消除加工过程中产生的毛刺。

改进后的加工工艺为:立式加工中心加工轴承孔→立式加工中心加工倒档轴孔和拨叉轴孔、预加工倒档轴孔倒角→卧式加工中心加工倒档轴孔端面和周边孔等。

根据改进后的加工工艺，研制了预切正反倒角刀具(见图8)。

由于刀具最大直径24mm <反向轴孔直径25mm，倾角135° < 180°，刀具设计合理，操作安全。

4.2现场测试

新工艺试验在该公司的一个壳体生产车间进行。测试参数为:转速n = 1500r转/分，进给速度vf = 150mm毫米/分。图9为立式加工中心的预切削刀具系统，图10为工件的预切削状态，图11为零件反向轴孔前侧的预切削去毛刺效果，图12为零件反向轴孔后侧的预切削去毛刺效果。

测试结果:预切立式加工中心的反向轴孔去除铝并形成毛刺挤压面后，卧式加工中心加工的反向轴孔端面无毛刺产生，无毛刺进入加工的反向轴孔。试验取得了良好的效果。

切削前去毛刺的扩展应用

在预切法的基础上，采用预铸法去毛刺。

预铸去毛刺机构:在加工好的毛坯上铸造倒角，通过挤压加工过程中的毛刺和预铸倒角，去除加工过程中产生的毛刺，实现无毛刺加工。

预铸倒角毛坯如图，预铸后零件状态。

本项目重点研究了反向轴孔正反向去毛刺方法，自主研发了预切削正反向倒角刀具，实现了反向轴孔无毛刺加工的目标。同时，在预切法的基础上，广泛采用预铸法去毛刺，实验取得了良好的效果。预切割去毛刺在公司实际生产中已经得到广泛应用，预铸造也在逐步推广应用。