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CBN在加工刹车盘时取代陶瓷

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对于德国Lemgo的Pr·zisions-Brems-Scheiben GmbH公司技术经理Hans Konrad来说，使用陶瓷切削材料加工刹车盘绝对是达到最新技术发展水平的，虽然他确信仍然还可以通过使用CBN 得到进一步提高 – 但是最初的尝试失败了。后来山高的专家提供了答案：加工未完成的铸件必须在被加工的两周之前进行“时效处理” – 然后结果将完全不同。

“使用陶瓷切削材料，每个切削刃平均能加工 200 个刹车盘，”Hans Konrad 说“但如果我们使用CBN，我们必须使每个切削刃能至少加工 2000 个刹车盘。”换句话说，“只有当它是划算的”，换成一种新的切削材料才是值得的。虽然CBN刀具的刀片要比陶瓷刀片贵二十多倍，即使刀具寿命只长十倍，它们仍然是划算的，因为换刀仅在每三班之后发生，不是到目前为止的每班换刀。

当第一主轴从传送带上抓取一个新工件的同时，第二主轴（立式）彻底完成刹车盘的其它侧面

PBS所生产刹车盘的材料只有GG15、GG20和GG25，生产批量从 500 到 8000 件。生产工厂实行三班工作，每班约生产1,500个刹车盘。每天的产量为4,500 个，平均年产量接近110万个，种类多达220 种。PBS 刹车盘通过它的长期客户 ATE Continental Teves AG进行销售，在备件市场上卖得非常成功。

“我们在Hessapp双主轴机床上加工，”Hans Konrad 说，“它通过端面向下的抓取主轴从传送带抓取工件，并在第一次装夹中完整地加工出一个侧面。然后该机床把工件自动且绝对精确地传送到第二主轴。当第一主轴从传送带上抓取一个新工件的同时，第二主轴（立式）在第二次装夹中完成全部加工，包括高精度、高光洁度加工刹车面。根据刹车盘直径和深度的不同，整个过程要花45 到 70 秒之间。”

“我们加工刹车盘时基本上是完全干式加工，”Hans Konrad说，“而且我们通常使用陶瓷切削材料 – 那是代表今日最新技术发展水平的。”与整体硬质合金相比，陶瓷允许的切削速度高达 1200 m/min 。那大约是整体硬质合金所能获得性能表现的五倍。再者，陶瓷切削材料在近些年已经有显著的改善提高。传统的混合陶瓷在此期间已经很大程度上被氮化硅陶瓷替代了。可是，这些提高并没有分散他搜寻更好的切削材料的注意力，五年前的一次调研引发了一次与山高专家讨论关于 CBN 的使用。山高已经在实际应用中取得了 2000 m/min 的切削速度。

在双主轴立式机床上加工的刹车盘 – 完全干式切削

非常惊人的成果

作为铣削飞轮和相近零件所用刀柄和整体硬质合金刀具的供应商，山高早已被PBS公司熟知，而且其销售工程师也熟悉该公司的加工应用。当山高建议使用CBN刀片的刀盘加工PBS的刹车盘，对这种新型切削材料进行了深入的试验 – 并获得了非常惊人的成果。由于受到卡盘转动速度的限制，最初的切削速度提高到不超过1200–1600 m/min 。在某些试验中，每个切削刃的刀具寿命剧增到少有的4000个。相对照的是：陶瓷刀片的每个切削刃的平均寿命仅为 200个刹车盘。

但是这种兴高采烈的心情持续得很短，因为CBN的切削刃经常在仅仅加工 25 个刹车盘后就承认失败了。“在那时我们对刀具寿命的这种剧烈波动没有一个合乎逻辑的解释，”Hans Konrad说。“材料分析也没有给我们任何有用的线索。无论如何，刀具寿命有如此大的差异，要获得一个平稳的生产流程是不可能的。”

在对所有可能的原因进行长期而且艰苦的研究之后，秘密最终被揣摩出来了。山高的现场服务工程师Hans-Georg Nondorf解释道：“同时也在其他客户生产工厂进行的试验给我们很多经验教训。铸件的化学成分分析根本没有帮助。最终促使我们走上正轨的正是我们回忆了金加工老师傅的格言：铸件越旧，它越是容易加工。”

这位有经验的金属切削专家知道，工程界的常规操作是把铸件存放一年之后才来加工它们。另一方面，有关真正的时效过程知道得很少：在这个过程的什么阶段开始产生对来CBN说最优化的加工性？进行了进一步的深入试验，这次的铸件全部来自同一个批次，而且都在相同的工况下加工。渐渐地揭开了秘密：“铸件就象是好的牛排–挂的时间越长，其效果就越好。”

发现了在十二天之后加工性没有明显的变化。另一方面，在铸件时效处理的前十天，加工性发生引人注目的改变。Hans-Georg Nondorf 说：“用CBN加工当天出炉的新铸件，刀具寿命在五至十个零件之间。如果同样的铸件在十二天之后用相同的刀具进行加工，平均刀具寿命达到难以置信的3,000个零件!”

PBS公司技术经理Hans Konrad说：“…如果我们使用 CBN，我们必须能使每个切削刃至少能加工2000 个刹车盘。”

新发现达成了买卖

山高和PBS公司现在以充沛的精力恢复了试验。发现了使用CBN获得稳定的加工性能所依赖的许多参数：除了必须在加工之前至少时效处理十二天之外，铸件一定不能合金化，因为这会使刀具寿命缩短到绝对的最小值，即便是在相当长的时效处理之后。因此在PBS公司CBN的使用限于非合金铸件，然而它超过PBS公司产量的三分之一。“合金铸件，”Hans Konrad 说，“仍然采用陶瓷刀具进行加工。我们还没有找到更好的解决方案。”山高的专家现在开始着手澄清这个问题。考虑到用CBN300加工含Cr铸铁的发动机缸体已经取得极好的效果，他们当然不会满足现状。

同时，CBN刀片本身也已经朝着提高工艺稳定性和可靠性方向进一步发展。新设计的刀杆也已经提高了刀片的稳定性。 “此外,”Hans-Georg Nondorf说，“我们旨在改进精加工工艺以防止刹车盘积聚应力。这将免除操作工介入工艺并采取必须的与质量相关的修正的需要。”

CBN 刀片 – 当被正确使用时就成为无敌的粗加工刀具

进一步提高潜力

已经了解了很多关于经济高效使用CBN的先决条件：除了铸件的时效和成分结构之外，更重要的因素是熟悉CBN的加工特性和经良好培训的人员。Hans Konrad说：“使用CBN加工时，当前主要情况是绝对的清洁。当产量达到 1500 个零件或更多，这些花费是值得的。”而这仅应用于约占30 % 的总产量，在这种限定范围内的结果是非常满意的：每班产量已经提高了10 – 20 % ，而且必要加工时间的缩短占总量的20%。既然刀具寿命已经显著提高，在一个工作班内没必要更换刀片，优势是“能容易地提高生产率25 % 而且仅此一项就能补偿使用CBN带来的额外成本”。

“与陶瓷刀片相比，使用CBN刀片最大的问题，”PBS公司 NC编程负责主管Manfred Krimp说，“是它们对外部影响非常敏感，尤其是当它们没有被绝对小心的操作时。”例如，为了确保在刀杆上的正确安装，刀片的表面在翻转之前必须彻底清洁。归因于它们在非常长的使用期内必须被磨平，否则将会产生切削刃上的积屑瘤，“这昂贵的刀片也许很容易仅在50个零件之后损坏。”

总而言之，Hans Konrad 对他的刀具供应商非常满意：“我们和山高处得很好。没有竞争对手做得比它更好。我们的目标是获得一个市场上能提供的最佳的可靠、稳定而且快速的生产工艺 – 而且我确信我们一起将仍然能取得相当多的进步。”当提到ABS的寿命要求时，它们“没有上限”。每个切削刃至少加工4000 个零件是下一步的生产目标 – 这个目标在粗加工应用时已经达到了一半。弱点仍然是精加工。Hans Konrad 看到了刀片几何形状方面最具改进的潜力 – 而且实际上他期望在随后的几周内看到“来自山高的新解决方案”。Hans-Georg Nondorf 自信地说：“他将肯得到新的解决方案。”Karl-Wilhelm F?rster赞同Nondorf的论点：“我们正不断地推进新的研发。我们也将满足PBS公司设定的目标 – 归因于我们之间非常紧密地团队协作。”

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文章内容仅供参考 (投稿) (7/10/2008)


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