毛坯孔尺寸及产品尺寸

针对业内铝合金变速器壳体普遍存在的容易磨损的问题，我公司设计了一款镶嵌钢板的双金属壳体，但其难点在于加工过程中两种金属的收缩率不同，加工完毕后需要保证两种材料的同一尺寸和表面质量。我们通过试验的方法，最终解决了如何实现这样的双金属孔加工，并保证加工尺寸和质量。

目前大多数轿车变速器壳体使用的都是铝合金材料，该材料的特点是轻便，可以有效减轻汽车的重量，但存在的缺点是运动部位容易磨损。为减少磨损，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，但时间久后，在与轴承和衬套接触的部位，受力大的铝合金孔仍然会被逐渐研大，造成相互配合的零件间隙增大，从而产生噪声和操作不如新车流畅等问题，降低了驾乘舒适性。针对这些问题，我公司结合实际情况，设计开发了一款镶嵌式变速器壳体，从根本上解决了上述问题，这种变速器壳体由铝合金材料镶嵌钢板衬套而成。

该壳体孔的毛坯尺寸和产品尺寸如图所示。毛坯的镶嵌钢板孔径为10.0～10.3mm，铝合金预铸孔的孔径为11.7～12.0mm，加工完毕之后的尺寸为14.000～14.027mm，表面粗糙度为Ra16mm，主要功能为带阻力、抗敲击。该壳体孔在加工过程中的难点在于两种金属的收缩率不同，加工完毕后要保证两种材料同一尺寸和表面质量。我们通过试验的方法，摸索了一套较为合理的加工工艺及加工参数，解决了如何实现这样的双金属孔加工，并保证加工尺寸和质量。

加工方案的选定

1．设备的选定

我公司用来加工该产品的生产线有两条，一条是早期设计的由加工专机组成的自动线，另一条是由加工中心组成的柔性化生产线。由于自动线的设计只考虑了铝合金零件的加工，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，于是我们最终选择了柔性化程度较高的加工中心来进行双金属孔加工。

2．加工方案的选定

从毛坯到成品，该壳体孔直径方向的余量达到4mm，单边余量为2mm。孔的加工公差等级为IT8，表面粗糙度均值为16mm，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要求，该孔的加工必须至少由粗加工和精加工两道工序完成。因两种材料的收缩率不同，且在加工过程中有切削液，故精加工的余量不能过大，暂时定于0.4～0.5mm之间。

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？我们主要考虑两个方面：一是被加工的金属材料，二是被加工的零件的质量要求。

首先分析被加工对象的材料成分，其具体材料和成分如表1、表2所示。

由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进行加工，而加工铝合金材料的刀具则可以使用金刚石刀具或硬质合金刀具。若两种金属同时进行加工，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。综合上述情况，双金属孔加工所使用的刀具最终确定为硬质合金无涂层刀具。

加工参数及刀具的确定

1．粗加工刀具及加工参数的选择

原粗加工刀具使用的是硬质合金立铣刀，满足现有的双金属的加工要求，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。具体加工参数见表3。

2．精加工刀具的选择

该加工方案没有可参考信息，所以只有采用试验的方式来选择合适的刀具及相应的加工参数。

（1）可调整刀片式双刃镗刀

我们首先使用可调整刀片式双刃镗刀，进行了5组试验，试验中选用的加工参数分别见表4。

经过上述5组试验，我们发现：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，最小则为0.003mm。表4中，选用第3组、第5组加工参数进行切削时，加工较稳定，但加工8～10件零件后，刀杆会发生缠屑现象，从而挤伤内孔表面，导致直径偏大甚至超差，若没有缠屑，孔壁不受铁屑挤压的情况下，则表面粗糙度均能满足要求（Ra16mm）。与此同时，刀具的寿命也不能满足使用要求，基本上加工到20件左右就需调换一次刀具。因无法解决缠屑和刀具寿命的问题，我们又改用硬质合金多刃立铣刀进行试验。

（2）硬质合金立铣刀

改用硬质合金多刃立铣刀进行试验的加工参数及加工结果见表5。

由试验数据可知，第4组加工参数加工出来的零件尺寸不稳定，第1、2、3组数据的加工结果较稳定，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时可选用)。加工完毕后，我们发现铁屑呈针状，刀具无缠屑，表面粗糙度满足要求，设备能力值CAM≥1.33，工序能力值≥1.67。考虑到刀具在加工过程中是不断磨损的，故我们认为第2组加工参数能够满足加工要求，可以选用。

（3）精加工刀具使用定型

经过上述试验，我们最终确定使用硬质合金不带涂层的多刃立铣刀进行变速器壳体的双金属孔加工，以保证加工尺寸和质量。

总结

双金属孔的加工目前在国内尚无先例可以参考，加工过程的难点在于双金属的收缩率不同且要保证加工质量。

整个加工试验的过程中，通过分析我公司已有的生产设备条件，对照被加工材料的性质，结合机械加工的经验，利用多次试验的方法，我们最终找到了满足自己生产使用需求的加工参数以及合适的加工刀具，实现了双金属孔加工并达到质量 要求，为实际生产进行了有益的探索和铺垫。不过，需要补充的是，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试验的方法获得适合自己生产加工的条件，仅供参考。