俞建明
安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽合肥 230009
摘要；本文介绍自动变速箱液压模块阀体的加工工艺设计，通过对其工艺的改进，使其加工平面度精度大幅提升。在自动变速箱中，液压模块是实现变速箱自动换挡的重要部件，其工作介质为具有一定压力的油。阀体是液压模块的主体部分，由2块阀板组成。如果2块阀板的结合面平面度不合格会对密封性产生不良影响，导致阀体以及阀体与壳体连接面处发生泄漏，使变速箱无法正常工作。但是，阀板是结构复杂的薄板件，平面度恰恰就是其加工难点。因此，在机加工车间阀板的平面度被做为关键特性来控制。
关键词；自动变速箱 工艺 改进 平面度
1 原加工工艺
1.1 工艺流程
阀板零件图见图1。
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阀板的主要加工内容有：内侧结合面、蓄能器孔，左右侧阀芯孔，外侧结合面、油泵安装孔、小平面，内外侧通孔，上下侧没有加工内容。结合面的平面度是最难控制的关键特性，在精加工工序最后加工。左右侧的阀芯孔直径、圆柱度和垂直度等形位公差精度要求高，但位置度公差精度要求不高，可以在精加工工序加工也可以在粗加工工序最后加工。内外侧的通孔精度要求不高，在粗加工工序加工。
因此阀板的主要加工工艺流程为：OP10加工外侧结合面、小平面—OP10加工左右阀芯孔—OP20加工内外侧面通孔、油泵安装孔、蓄能器孔—OP20加工内侧结合面。
1.2 工装夹具
夹具设计的重点是减少夹紧变形，实施要点有以下几点：
1）采用液压夹具，不使用手动夹紧，以免人工夹紧时各夹紧点的夹紧顺序和夹紧力不一致，导致变形。
2）定位面由3个固定支撑（支撑点1、2、3）和1个辅助支撑（支撑点4）组成。3个固定支撑在夹具上装配完成后，整体磨削确保等高。加工外侧结合面和内侧结合面的定位面位置见图3、图4.
3）辅助支撑采用具有液压自位锁紧的液压支撑缸，确保辅助支撑和固定支撑等高。
由于，上下面没有加工内容，采用墙板式夹具在卧式加工中心（三轴+工作台回转）上可以一次装夹完成三面的加工内容，在墙板上开洞镂空还可以加工第四面的部分孔。由于，工件较小、加工内容较少，可以一次装夹2个工件，只需要上下错开以免遮挡左右面的加工内容。
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1.3 刀具
阀板毛坯为铝合金压铸件，毛坯精度较高、加工余量较小，使用PCD刀具进行快速切削可以提高生产效率并获得较高的加工质量。结合面比较大、平面度和表面粗糙度质量要求高，为避免接刀痕、保证平面度，精加工采用直径大于内侧结合面宽度的PCD盘铣刀一次走刀完成加工。阀芯孔直径要、圆柱度和圆度精度要求高，采用带导条的PCD铰刀进行精加工。
1.4 加工效果
按照上述加工工艺进行阀板小批量试制并用三坐标测量机进行测量。除结合面平面度外，其他加工内容均合格。内侧结合面整个表面的平面度总体较好，有个别达到了公差上限，但有50%左右存在局部平面度（任意100mm×100mm范围内的平面度）不合格的问题。外侧结合面平面度也存在不合格的情况。
2 影响阀板加工平面度的因素分析
2.1 毛坯残余应力
铸件在凝固和冷却过程中，由于各部分的冷却速度差异、收缩受阻、及组织转变引起体积变化等因素，不可避免的会产生铸造应力。如果铸造应力未得到释放，将会以残余应力的形式保留在铸件内。铸件的残余应力越大，会使零件在放置、转运、加工和使用过程产生变形，尺寸精度降低，严重时会发生开裂。
因此，毛坯供应商一般要对毛坯进行消除应力处理。如果毛坯的残余应力过大，应该在加工工艺中进行应力释放。在加工工艺中可通过以下方式释放残余应力：
1）采用粗加工和精加工工序分开的方式，从而使残余应力在粗加工后得到释放。例如，OP10对大平面进行粗铣，OP20对大平面进行半精铣和精铣。
2）在工序中，先粗加工，再通过加工中心M指令调整机床液压系统压力使夹具先松开再夹紧，然后再进行精加工，从而使残余应力得到释放。该方式要求采用液压夹紧，并且要求加工中心具有M指令调整液压系统压力的功能。
2.2 夹具夹紧变形
阀板为薄板件，易发生夹紧变形。导致夹紧变形的因素有以下几点：
1）过大的夹紧力会使工件在夹紧后产生变形，工件在变形状态下完成加工。当加工结束撤除夹紧力后，工件发生会弹，从而得到较差的平面度。因此要采用液压夹具自动夹紧，避免采用夹紧力不易控制的手动夹具。固定支撑点的夹紧力根据切削力选取，浮动支撑点的夹紧力根据切削力以及浮动支撑油缸的支撑力选取。
2）夹具主支撑点和夹紧点不重合，产生扭矩，导致工件夹紧变形。
3）液压夹具的动作顺序不合理。辅助支撑未到位时，主夹紧已动作，导致工件夹紧变形。
2.3 工艺系统刚性不足
阀板是薄板件，分布在工件四个角的4个支撑点不足以保证工艺系统的刚性。在切削加工过程中工件应激振动，影响加工精度。
3 工艺改进方案
3.1 消除残余应力
在原粗加工工序增加粗铣内侧结合面的加工内容，实现消除铸造残余应力。由于内侧结合面在OP10的中无法加工到，需要增加一个工序OP05。为了不增加设备，把OP10的夹具改成塔式夹具，把OP05和OP10共夹具，即一次加工2件OP05和2件OP10.
在原精加工工序粗铣结合面之后，使夹具松开一下再夹紧，实现二次消除残余应力。该过程可以通过使用加工中心的M指令调整液压夹具夹紧力的方式来实现。
改进前后结合面加工工艺流程对比如下：
改进前，OP20粗铣—OP20精铣。
改进后，OP05粗铣—OP20半精铣—OP20 M指令调整夹紧力—OP20精铣。
3.2 增加辅助支撑
在原有3个固定支撑和1个辅助支撑的基础上，在工件中间位置增加2个辅助支撑。新增的辅助支撑同样采用具有弹簧和液压自位锁紧的液压辅助支撑缸。
3.3 调整夹具动作顺序
液压夹具的夹紧油缸必须在辅助支撑到位抱紧锁死后再动作。可以通过调整各顺序阀的流量来实现动作顺序的调整。
改进前后夹具动作顺序对比如下：
改进前，气检主支撑是否到位—主夹紧动作—辅助支撑动作—辅助夹紧动作。
改进后，气检主支撑是否到位—辅助支撑1到位、抱紧锁死—主夹紧动作—辅助夹紧动作—辅助支撑2、3动作。
3.4 调整支撑块和压板的位置
设计量产夹具时精确调整支撑块和压板的设计位置，使支撑块和压板对齐。这个的前提是要优化工件的工艺辅助特征，使支撑点和压紧点重合。
3.5 通过插补铣改善外侧结合面平面度
实施以上改进措施后，内侧结合面的平面度可以达到要求，但是外侧结合面的平面度仍然有不合格的情况。因为，先在OP10粗精加工外侧结合面，后在OP20半精加工、精加工内侧结合面，加工内侧结合面时应力释放和切力造成外侧结合面发生变形，导致其平面度不合格。
通常铣削平面的走刀路径只有X/Y坐标变化，Z坐标不变。为了解决外侧结合面的平面度问题，我们通过变化Z坐标来补充变形。改进过程如下：使用三坐标测量机测量大量工件的平面度，并记录所有测点数据。通过三坐标测量机的分析软件，发现所有工件的变形趋势一致。如图7.修改OP10粗精加工外测结合面的程序，根据变形规律在走刀路径上对Z向坐标进行补偿。改进后外侧结合面的平面度也达到要求。
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4 结语
通过对阀板加工工艺的改进，生产线量产时结合面平面度，尤其是局部平面度精度大大提高，合格率达到了100%。说明对于薄板件的加工，防止夹紧变形和消除残余应力是工艺设计的重点。另外，充分利用三坐标测量机等测量仪器的分析软件可以帮助我们快速发现问题点所在，从而集中精力解决主要问题。