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高效刀具实现发动机缸孔加工的突破
Nov 5, 2012  来源:  作者:伊斯卡刀具 奥利戈•埃里则

      今天,全球汽车制造商都在力争生产更经济和更节能的汽车,他们也拥有很多削减成本的方式,以实现这一目标。针对乘坐室,可选用新型材料;针对底盘,可以制造通用型、模块化的"平台"以及更多的标准零件;对于附件和电子器件,可以研发更加精密的组件。对于2011年5000万辆的乘用车制造计划来说,如果每个部件能节省一分钱,那么整个汽车行业将能削减八位数的成本。

 

  

  

      基于上述原因,在发动机复杂的制造工艺中,发动机缸孔的加工成为打破高成本的瓶颈,而如何降低其加工成本也成为各家努力的方向。缸孔加工工艺通常为粗加工、半精加工和精加工。

 

      若能缩短一个孔的加工周期,意味着剩余的3、5或7个孔的加工周期同比缩减(孔的数量取决于发动机型号)。由此,伊斯卡针对缸孔加工研发了专业刀具,以两个工步替代了原来的三个工步,集成粗加工及半精加工铣刀于一体的新型刀具。

 

      二合一刀具缩短加工周期

 

      最近,伊斯卡协助德国的一家大型汽车发动机生产工厂,对缸孔加工进行了工艺改进,使得此工步降低成本成为可能。采用伊斯卡特制刀具,加工周期缩短了44%。现在,带四个缸孔的发动机,每缸孔粗加工复合半精加工仅需9.2s(在相同切削条件下,之前为16.6s),采用的刀具数量也下降了,用一把刀具即可完成过去数把刀具完成的工步。

 

      虽然多功能刀具也不时出现在批量生产里,但将其运用于加工缸孔等高公差要求的生产中却并不多见。原因就在于,只有刀具自身的每个部件都能完美运转,且保持刀尖的锋利,此类多功能刀具的优势才能得以体现。

 

      镗削还是插铣?

 

      刀具的第一步应用,是加工GG25灰铸铁套筒(其将被压入铸铝发动机缸体)。该工步需要将深度为138mm的孔从74.50mm扩宽到76.10mm。尽管该工步名为"镗缸孔",加工过程却更接近于垂直方向的镗铣;刀具直径依据缸孔最终直径制作,沿Z轴进刀的方式确保了加工孔的同轴度精度。

 

      在新款刀具之前,粗加工及半精加工由各自的专用刀具加工完成。粗加工及半精加工工序均由夹持带五刃的CBN刀片于固定刀槽的铣刀完成。除加工周期长达16.6s外,两工步的刀具在清除切屑的问题上也表现得不甚理想,而对切屑的再次切削,不利于精加工且磨损切削刃。

 

      汽车制造商希望能刀具厂商提供性价比更佳的替代方案,想在原有工艺基础上,寻求更可靠的加工方式,力争缩短加工周期,并保证工件表面质量。

 

      配对的立装刀片

 

      伊斯卡的解决方案是在同一刀体上采用两种装夹方式,夹持带涂层硬质合金刀片,一种刀座形式用于粗加工,另一种刀座形式用于半精加工。四片粗加工刀片平行于刀具顶面夹持于固定刀槽中。三片半精加工刀片垂直夹持于可调节式刀座,分布于铣刀圆周。粗加工刀片组约扩孔径1.0mm,半精加工刀片组扩孔径0.6mm。切削液经由内冷却喷孔直达每刀片切削刃处,以确保有效汽车零部件先进加工装备排屑。为消减振颤,半精加工刀片组以非对称的方式分布于圆周。

 

      立装刀片,刀片与节圆呈切向排列而非垂直于节圆呈放射状安装。其原理是令主切削力指向最厚实的刀片截面从而提高每刃承载能力。切削负载直指刀体,在有效减振的同时获取更长的刀具寿命。此外,刀片立装夹持,螺钉免于承受拉应力,确保切削加工更可靠。

 

      更新切削参数

 

      分析机床设置,探寻加工周期缩短因素。转速并未更改,仍为1500r/min,切削速度360m/min,刀片每刃切削量0.50mm。不同点在于,进给量从0.07mm/齿提高到了0.10mm/齿,显著提升了工作台进给及进给率。效率提升,凭借的是采用强固的立装刀具设计并使用束魔技术CVD刀片(伊斯卡束魔涂层刀片问世已三年,涂层后处理使得刀片表面光滑,加工过程中摩擦力小,最终使先得刀片性能高出35%)。

 

      在更新刀具的早期,刀具设计师注意到用户现有机零工床主轴功率在刀具改进后有效降低。这开启了快速切削部装之门,即便切削力增大,也不会令机床骤停。在更高的件备切削速率下,主轴功率也并未超出7.66kW。

 

      软件支持

 

      伊斯卡采用了先进的CAD三维软件以求更好地开发新型的、用户乐于使用的刀具。刀体严格遵守ISO9001质量保证体系标准,应用于五轴加工中心。与汽车企业共同探索多年,伊斯卡的现场服务工程师有效优化了刀具的切削参数和加工工步,保证刀具在使用中的高刚性和高可靠性。

 

      结语

 

      在几个月的新工艺试用中,伊斯卡不仅将加工周期缩短至9.2s,还成功地降低了刀片消耗,属意料之外的节省,除了因为涂层硬质合金刀片较CBN刀片更加经济,还由于刀片立装夹持,使每个刀片切削刃更多,共同有效延长了刀具寿命。

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