自动挡变速箱钻削过程中断屑与钻头结构的分析

自动挡变速箱钻削过程中断屑与钻头结构的分析

自动挡变速箱壳体材质较一般变速箱材质的韧性大幅增强同时壳体内部结构复杂，最小的孔径只有约5毫米。因此在钻削过程中产生的的铝屑极易残留在壳体中，难以清洗。钻削产生的铝屑最后存在于壳体成品中，会造成变速箱严重故障。文章根据生产中遇到的实际问题，浅析了钻屑过程中断屑与钻头结构之间的关系。

标签：自动挡变速箱；断屑；钻头结构

Abstract：Automatic gearbox shell material than the general transmission material toughness greatly enhanced while the shell internal structure is complex，the smallest aperture is only about 5 mm. Therefore，the aluminum scraps produced in the drilling process are easy to remain in the shell and are difficult to clean. The aluminum scraps produced by drilling finally exist in the finished shell，which will cause serious fault of the gearbox. According to the practical problems encountered in production，the relationship between chip breakage and drill bit structure in the process of drilling cuttings is analyzed in this paper.

Keywords：automatic gearbox；chip-breaking；bit structure

1 概述

在自动挡变速箱的售后问题中，最难以解决的问题之一就是自动挡变速箱壳体机械加工及清洗后的残余铝屑难以去除。如图1所示：加工清洗后如果有铝屑滞留，它们会随着变速箱的工作，进入齿轮系中，随之进入运动部件，造成运动部件卡滞，变速箱无法正常工作。

解决这个问题的关键是将铝屑做小，使清洗机能够很轻松地将铝屑冲出变速箱壳体。本研究就是针对该问题，即来源于将铝屑做小的实际改进，从而分析钻头结构对断屑的一些方法。

2 钻头断屑理论分析

钻头是最易造成铝屑过大且存留在成品壳体中的刀具。通过对滞留在壳体中铝屑的宽度与钻头的切削有效刃长进行比对，研究表明铝屑由钻头产生。因此钻头的断屑是变速箱殼体铝屑滞留问题解决的关键。

2.1 切屑形成过程及条件

由金属切削原理可知，在加工韧性材料时，被切削材料是经过第一变形区和第二变形区的变形后从刀具前面脱离而变为切屑的。如果切屑不能够自然折断，就必须采取一定措施迫使其折断。那么，在什么样的条件下切屑才能折断呢？我

们分析切屑的折断条件，脆性材料的自然断裂成崩碎切屑，所以在断屑理论中，一般采用最大应变理论作为切屑折断的理论基础，其判据形式是：

由（1）式有：设切屑厚度为ac，切屑卷曲半径为Rc，受阻后切屑半径为为RL，当切屑应变ε达到断裂应变极限εb时，切屑将被折断。因此切屑折断的条件为：

式中：K为切屑剖面的中性面至粗糙面距离系数，K*ac为切屑剖面的中性面至粗糙面距离。

由（2）式可以看出，切屑厚度ac越大，切屑上向卷曲的曲率半径尺也越小时，应变心就越大，切削就易于折断。根据上述理论，使连续切屑折断的条件是：加于切屑上的变形力应大于切屑材料的断裂强度极限。

2.2 切屑折断方法

若切屑能在第一变形区内受刀具的挤压而剪断，就必须使作用于滑移面上的最大剪应力大于被加工材料的剪切强度极限，并使切削在第一变形区就脱离材料母体而断裂，形成碎屑。若切屑经过第一变形区变形后没有折断，继续流向第二变形区，在第二变形区内使切屑的变形量突然增大，就可能使切屑折断。为此可以采用如下措施：

（1）改变被加工材料的性能。

（2）增加切屑变形，如加大进绐量，使剪切应力加大。

（3）在刀具的前刀面上增加排屑槽。

（4）增大进给量，使切屑来不及塑性变形而折断。

（5）降低切削速度，并加注冷却液，使切屑的塑性降低而易于折断。

3 断屑效果及钻屑力测试试验

前面对钻头的断屑进行分析，从理论上推导、论证了刀具结构的断屑条件，本节根据断屑条件，设计刀具结构，验证其断屑效果。

试验过程设计：

试验机床：德国DMGNHC5000加工中心机床。生产线正常加工的自动挡变速箱壳体，切削用量：每齿进给量0.30mm/转，线速度：202米/分钟试验刀具：按照试验方案制作前刀面带断屑槽的直径为4.2毫米的整体硬质合金钻头。

试验过程：将机床内部的所有切屑清空，在夹具下放置收集铝屑的托盘，单

步加工易卡铝屑的孔，加工结束后将盘中得到的铝屑和工件中的铝屑聚集在一起，选择最大的铝屑作为样品。分别用无断屑槽和有断屑槽加工6次，得到12个试验样品，并对样本编号。

测量方法：将样品放置在显微镜中进行拍摄保存为图片，并留有比例尺。将得到的图片导入AutoCAD软件中。在AutoCAD软件中测量铝屑的长度和宽度，除以AutoCAD中比例尺测量的长度值，换算得到每一个铝屑的实际长度和实际宽度。最后，将得到的长度值和宽度值进行比较，将较大值作为铝屑的长度。

结果表明：

（1）带有断屑槽的钻头能解决自动挡

变速箱复杂油孔、盲孔残余铝屑的问题，能适应于变速箱的批量生产。在通过数据分析对比中发现：断屑槽产生的铝屑长度、宽度较原先铝屑均有明显改善且稳定。此项研究对分析其他类产品，如发动机缸盖、气缸盖罩等打下了基础，有推广价值。

（2）本文只

论证了断屑槽对自动挡变速箱的影响，对断屑槽的工艺参数，如槽宽、槽深、槽底圆弧半径、棱带宽度未做分析，分析不同材质的变速箱有最适的断屑槽参数，后续将对这一部份内容进行研究分析。

参考文献：

[1]中山一雄.金属切削加工理论[M].李云芳，译.机械工业出版社，1985，3：188-192.

[2]方宁.硬质合金刀片新型断屑槽形及其CAD技术研究[D].华中理工大学，1994.

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