变速箱、离合器壳体铸造工艺设计方法

零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。

它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程，用图表〔或文字〕的形式制成文本，用来指导生产、管理生产的文件。

一、机械加工工艺规程的容及作用
工艺规程的容，一般有零件的加工工艺路线、各工序根本加工容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备〔刀具、夹具、量具、模具〕等。

工艺规程的主要作用如下：
1．工艺规程是指导生产的主要技术文件。

合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践根底上的，是科学技术和实践经历的结晶。

因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。

2．工艺规程是生产组织管理工作、方案工作的依据。

原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度方案的安排等工作都是依据工艺规程来进展的。

3．工艺规程是新建或扩建工厂或车间的根本资料。

在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机床的布置等。

二、制定工艺规程的原则、原始资料
〔一〕制定工艺规程的原则
制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。

同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的根底上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。

〔二〕制定工艺规程的原始资料
1．产品零件图样及装配图样。

零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制定工艺规程的根底。

2．产品的生产纲领。

3．产品验收的质量标准。

4．本厂现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制造生产能力等。

5．国、外同类产品的生产工艺资料。

三、制定工艺规程的步骤
〔一〕零件图样分析
零件图样分析的目的在于：
1．分析零件的技术要求，主要了解各加工外表的精度要求、热处理要求，找出主要外表并分析它与次要外表的位置关系，明确加工的难点及保证零件加工质量的关键，以便在加工时重点加以关注。

2．审查零件的构造工艺性是否合理，分析零件材料的选取是否合理。

〔二〕毛坯选择
毛坯的选择主要依据以下几方面的因素：
1．零件的材料及机械性能零件的材料一旦确定，毛坯的种类就大致确定了。

例如材料为铸铁，就应选铸造毛坯；钢质材料的零件，一般可用型材；当零件的机械性能要求较高时要用锻造；有色金属常用型材或铸造毛坯。

2．零件的构造形状及尺寸例如，直径相差不大的阶梯轴零件可选用棒料作毛坯，直径相差较大时，为节省材料，减少机械加工量，可采用锻造毛坯；尺寸较大的零件可采用自由锻，形状复杂的钢质零件则不宜用自由锻。

对于箱体、支架等零件一般采用铸造毛坯，大型设备的支架可采用焊接构造。

3．生产类型大量生产时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，如机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等。

单件小批生产则采用木模手工造型、焊接、自由锻等。

4．毛坯车间现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。

〔三〕拟订工艺路线
1．定位基准的选择正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。

所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择适宜的定位基准。

基准的选择方法见第一章。

2．零件外表加工工艺方案的选择由于外表的要求〔尺寸、形状、外表质量、机械性能等〕不同，往往同一外表的加工需采用多种加工方法完成。

*种外表采用各种加工方法所组成的加工顺序称为外表加工工艺方案。

3．加工阶段的划分对于那些加工质量要求高或比拟复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段：
〔1〕粗加工阶段主要任务是切除毛坯的大局部余量，并制出精基准。

该阶段的关键问题是如何提高生产率。

〔2〕半精加工阶段任务是减小粗加工留下的误差，为主要外表的精加工做好准备，同时完成零件上各次要外表的加工。

〔3〕精加工阶段任务是保证各主要外表到达图样规定要求。

这一阶段的主要问题是如何保证加工质量。

〔4〕光整加工阶段主要任务是减小外表粗糙度值和进一步提高精度。

划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进展机械加工，可以合理的分配加工余量以及合理的选择切削用量，充分发挥粗加工机床的效率，长期保持精加工机床的精度，并减少工件在加工过程中的变形，防止精加工外表受到损伤；粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。

4．加工顺序的安排加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低本钱都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。

可按以下原则进展。

〔1〕切削加工顺序的安排
1〕先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。

2〕先主后次先安排零件的装配基面和工作外表等主要外表的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要外表的加工。

3〕先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要外表的加工顺序是先加工用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。

4〕先基准后其它即选作精基准的外表应在一开场的工序中就加工出来，以便为后续工序的加工提供定位精基准。

〔2〕热处理工序的安排
零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。

预备热处理预备热处理的目的是改善机械性能、消除应力、为最终热处理作准备，它包括退火、正火、调质和时效处理。

铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程
中产生的应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进展退火或正火处理；对大而复杂的铸造毛坯件〔如机架、床身等〕及刚度较差的精细零件〔如精细丝杠〕，需在粗加工之前及粗加工与半精加工之间安排屡次时效处理；调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进展。

最终热处理最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬火、渗碳及氮化等。

淬火及渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进展；氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。

〔3〕辅助工序的安排
辅助工序包括：检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等。

其中检验是最主要的、也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在以下场合安排检验工序：
1〕粗加工全部完毕之后、精加工之前；
2〕工件转入、转出车间前后；
3〕重要工序加工前后；
4〕全部加工工序完成后。

四、工艺文件的编制
零件的机械加工工艺过程确定之后，应将有关容填写在工艺卡片上，这些工艺卡片总称为工艺文件。

生产中常用的工艺文件有以下三种形式：
〔1〕机械加工工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明零件整个加工工艺过程的一种工艺文件，其容包括工序号、工序名称、工序容、加工车间、设备及工
艺装备、各工序时间定额等，其格式见表2-9。

在单件小批生产中，常以这种卡片直接指导生产。

表2-9 机械加工工艺过程卡片
〔2〕机械加工工序卡片是针对每道工序所编制的、用来具体指导工人进展生产的工艺文件。

它通过工序简图详细说明了该工序的加工容、尺寸及公差、定位基准、装夹方式、刀具的形状及其位置等，并注明切削用量、工步容及工时等。

工序卡片多用于大批大量生产中，每个工序都要有工序卡片。

成批生产中的主要零件，或一般零件的关键工序，有时也要有工序卡片。

〔3〕机械加工工艺〔综合〕卡片是以工序为单位，比拟详细的说明零件加工工艺过程的一种工艺文件，简称工艺卡。

它不但包含了工艺过程卡片的容，而且详细说明了每一工序的工位及工步的工作容，对于复杂工序，还要绘出工序简图，标注工序尺寸及公差等。

机械加工工艺卡片是用来指导工人生产和帮助技术管理人员掌握整个加工过程的主要技术文件，常用于成批生产和小批生产中比拟重要的零件。

箱类零件加工
图1 穿插孔的工艺
性
离合器、变速器等箱体类零件的加工精度，形位精度要求比拟高，加工比拟复杂。

本文主要介绍箱体类零件的加工工艺方案，刀具的影响及一些疑难问题的解决方法。

构造特点及技术要求
1、箱体类零件的构造特点
箱体零件外形根本上是封闭式的多面体，又分成整体式和组合式两种。

箱体壁薄且厚薄不均，箱壁上通常都布置有平行孔系或垂直孔系。

箱体上的加工面主要是大量的平面，此外还有许多精度要求较高的轴承孔和精度要求较低的紧固用孔。

2、箱体类零件的技术要求
轴承孔的尺寸精度，形状精度，位置精度及外表粗糙度都有严格要求。

此外，为满足箱体加工中的定位需要及箱体与机器总装要求，箱体的装配基准面与加工中的定位基准面有一定的平面度和外表粗糙度要求，各轴承孔与装配基准面之间也有一定距离尺寸精度和要求。

毛坯和材料的选择
1、毛坯的选择
毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺，设备及本钱，而且极影响零件机械加工的工艺过程、原材料和切削工具的消耗、切削加工的劳动生产率及零件的制造周期，因此要选择适宜的毛坯材料及制造方法。

2、材料的选择
〔1〕一般箱体零件的材料常采用铸铁，因为铸铁具有容易成型、切削性能好、价格低廉以及较好的吸振性等优点。

铸铁的牌号，根据需要可选用HT200～HT250。

一般机床的箱体、汽车变速器、离合器壳体的通常采用HT200。

毛坯余量视铸件批量而定，当批量不大时，毛坯余量较大。

而大批大量生产时，通常毛坯余量可适当减少。

〔2〕在*些特定的条件下，为了减轻重量，一些汽车的变速器、离合器壳体通常采用镁铝合金。

铝合金的特点是：硬度低，导热性好，适于高速切削，但熔点低，在切削加工中容易产生积屑瘤，使被加工零件的尺寸精度和外表粗糙度受到影响。

此外，使用铝合金材料时，如果对精度高,外表粗糙度要求低，则只能采用精镗和精铣而不能采用磨削加工，因此加工铝合金的刀具应刃磨的很锋利、光洁，这样可防止形成积屑瘤。

铝合金的热膨胀系数大，零件切削时温度升高而尺寸增大，切削后温度降低尺寸减小。

含铜量从0.5%～5.65%的铝合金，在固体晶粒的周围有脆性化合物CuAl2，这组合金较硬，较脆且韧性较低，因此具有良好的可切削性。

但假设材料含硅量高，壳体含硅量达8.0％～9.5%，由于硅元素具有磨料作用，所以刀具也易磨损。

构造工艺分析
1、箱体零件的根本孔可分为通孔、阶梯孔、盲孔和穿插孔等几类。

其中以通孔的工艺性为最好，特别是孔的长度L与孔径D之比L/D≤1~1.5的短圆柱孔，工艺性最好。

当L/D ＞5时，称为深孔，当深孔的精度和光洁度要求较高时，加工就比拟困难。

阶梯孔的工艺性较差。

假设两孔的孔径相差很大，而其中小孔又很小时，工艺性就更差。

盲孔的工艺性最差，因此，在箱体零件上，常将盲孔钻通而改成阶梯孔，以改善其工艺性。

2、箱体的端面加工比拟困难，如果构造上要求必须加工时，应尽可能使端面的尺寸小于刀具需穿过之孔加工前的直径。

变速器壳体加工工艺过程分析
1、工艺性分析
变速器壳体为薄壁型复杂壳体，关键孔位置度要求很高，在产量小时，可采用加工中心分体加工，具有互换性，有利于装配及生产管理，对于大批量生产，应采用自动线进展加工。

(1)工艺路线的安排
变速箱壳体要求加工的外表很多。

在这些加工外表中，孔系加工精度是工艺关键问题。

在工艺路线的安排中应注意以下问题：
①先面后孔的加工工艺顺序：从加工难度上看，平面比孔容易加工。

先加工平面，把铸件外表的凸凹不平切除，保证平面的平面度，提供稳定可靠的定位基准，对后序孔的加工有利，可减少钻头引偏和崩刃现象，对刀调整也比拟方便。

对于孔的加工和保证孔的加工精度都是有利的。

②粗精加工分开的工艺原则：对于刚性差、批量较大且要求精度高的壳体，一般要粗精分开进展，即在主要平面和各轴承孔的粗加工之后再进展主要平面和各轴承孔的精加工。

这样，可以消除由粗加工所造成的应力、切削力、切削热和夹紧力对加工精度的影响。

③热处理的合理安排：材料为铸铁的变速箱箱体类零件，由于外形复杂，壁厚不匀，铸造时形成较大应力，应将毛坯经人工时效处理以消除粗加工后因应力的重新分布和粗加工本身所造成的应力的影响，进一步提高箱体加工精度的稳定性。

⑵壳体定位基准的选择
壳体定位基准的选择直接关系到壳体平面之间，孔之间的尺寸精度和位置精度要否能够保证。

在选择基准时，首先要遵守“基准重合〞和“基准统一〞的原则，同时必须考虑生产批量的大小，生产设备，特别是夹具的选用等因素。

①粗基准的选择：粗基准的作用主要是决定不加工面与加工面的位置关系，以及保证加工面的余量均匀。

壳体类零件上一般有几个主要的大孔为粗基准。

为了便于装夹和保证各部位加工余量一致，也有铸出粗基准的，在毛坯上要求预铸粗基准，有利于大批量生产时保证加工产品的一致性。

②精基准的选择：壳体类零件精基准的选择一般为“一面两孔〞，即以基准面和定位销孔(一般为工艺孔)定位，有利于保证各轴承孔的尺寸和位置精度，并且，工件装卸方便，减少了辅助时间，有利于提高生产率。

⑶ 壳体主要外表的加工
① 平面加工：壳体的主要平面是装配基准，并且是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较低的外表粗糙度。

②轴承孔的加工：壳体轴承孔本身的尺寸精度、形状精度要求很高，外表粗糙度要求很低。

否则，将影响轴承与孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也易使传动件(如齿轮)产生震动和噪声。

由于轴承孔的精度比其它孔精度高，外表粗糙度比其它孔低，故应在其它孔加工后再单独进展轴承孔的加工。

③孔系加工：壳体的孔系，是有位置精度要求的各轴承孔的总和，其中有平行孔系和同轴孔系两类。

平行孔系主要技术要各平行孔中心线之间以及孔中心线与基准面之间的尺寸精度和平行精度。

同轴孔系主要要求各孔的同轴度。

2、加工刀具的选择
在选择刀具的形式和构造时，应当考虑以下几项主要因素：
〔1〕生产性质：生产的批量影响着刀具的选择。

例如，在大量生产时采用特殊刀具可能是合算的，而在单件或成批生产时一般选用标准刀具。

〔2〕机床类型：刀具类型(钻车刀或铣刀)的选择决定于完成*种工序所选用的机床类型。

在机床上能保证工件及刀具系统刚性好的条件下，允许采用高生产率的刀具。

〔3〕工艺方案：不同的加工方案可采用不同类型的刀具，例如孔的加工可采用钻头、扩孔钻、铰刀、挤刀，也可用镗刀来进展加工。

〔4〕工件的尺寸及外形：影响刀具的尺寸及构造的选择。

〔5〕加工外表的粗糙度：影响刀具构造和切削用量。

〔6〕加工精度：影响精加工刀具类型和构造的选择。

例如，孔的最后加工依据孔的精度可以用钻，扩孔钻，铰刀，镗刀来加工。

〔7〕刀具材料：与工件的加工精度，硬度以及加工的经济性等有关。

加工过程中出现的现象
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1、利用加工中心对变速箱壳体的孔系进展加工时，由于加工过程中重复定位，使得孔位置尺寸有离散性。

组合机床加工时，孔位置尺寸有一致性。

因此，大批量生产时，孔系加工应采用组合机床。

2、考虑加工中心的生产节拍较长，孔系加工应采用复合镗刀。

3、孔端倒角工艺性较差，采用加工中心加工时，程序设定定点停刀可以保证。

4、重型车离合器壳体与发动机配合的直口精度受别离叉轴孔的影响，一般情况下加工完别离叉轴孔后进展与发动机配合直口的精加工，以消除加工别离叉轴孔所引起的变形。

5、轻型车变速箱壳体、离合器壳体因构造原因，孔系加工一般多在加工中心采用调头镗法加工，防止一个方向能加工完的孔调头去加工。

6、变速箱上盖互锁销孔常为细长孔，加工时孔易偏斜，这就要求毛坯精度高以防止钻头打滑。

7、变速箱上盖是典型的薄壁型箱体类件，易产生变形，使与变速器壳体的配合面平面度超差，因此，当日进入生产线的毛坯必须完全加工成成品。

因为储存过程中，成品变形后与变速器壳体的平面度超差，与变速器壳体装配后可以消除这种变形。

完毕语
本文论述的工艺方法是对我厂生产的CA5-16系列、CA5-21G系列、CA5-23系列、CA5-38系列、CA5-75系列、CA7-90系列变速器壳体、离合器壳体加工方法的总结，希望能对技术人员有所帮助
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