汽车发动机孔加工的突破--二合一刀具缩短35%的加工周期

作者：ISCAR公司

欢迎访问e展厅 展厅 3 铣刀展厅 钨钢铣刀, 立铣刀, 整体铣刀, 盘铣刀, 螺纹铣刀, ... 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8位数的成本。 据美国底特律的IRN公司介绍，发动机的生产占乘用车总生产成本的17%，然而却并不适用任何以上的成本削减方式。而汽油发动机生产，相比之下，是汽车生产环节中最复杂、最严谨且所耗成本最高的部件。发动机一般为企业自主生产件。设计方面的改进有局限性。在实际使用中高温、高压的环境，也限制发动机只能选择金属材料。而即便使用最先进的生产技术，由于发动机自身对公差的严格要求，无论如何都无法避免金属加工环节——包括对铸铁的加工。如加工圆柱孔，在实现高金属去除率的同时，必须保证尺寸公差带控制在0.01mm内，圆度和圆柱度，无论相对值还是绝对值，在精加工时，形位公差达到0.001mm。 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，而如何降低其加工费用也成为各自努力的方向。此加工通常包括三个步骤：粗加工、半精加工和精加工。 打破此加工瓶颈，对缩减生产成本效果显著。缩短了一个孔的加工周期，意味着剩余的3、5或7个孔的加工周期的缩减（孔的数量取决于发动机型号）。也因此，伊斯卡针对缸孔加工研发了专业刀具，以两个工序替代了原来的三个工序，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35%的加工周期 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，结果实现了伊斯卡的承诺，并使得此工序降低成本成为可能。采用伊斯卡特制刀具，加工周期缩短了44%。现在，带4个缸孔的发动机，每缸孔，粗加工复合半精加工仅需 9.2s，之前则需要16.6s，在相同切削条件下，采用的刀具数量也下降了。现在，一把刀具就能完成曾经需要多把刀具完成的工序。 虽然多功能刀具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。尽管该工序名为“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高同轴度。 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5刃的CBN刀片至固定刀槽的铣刀完成。除加工周期长达为16.6s外，两工序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。 汽车制造商的目标是在原有工艺基础上，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卡方式，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1.00mm；半精加工刀片组扩孔径0.6mm。冷却液经由内冷却喷孔直达每刀片切削刃处，以确保有效排屑。 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vc=360m/min，刀片每刃移除材料0.50mm。不同点在于，进给量从0.07mm/齿 提高到了0.10mm/齿，进而显著提升工作台进给及进给率。效率的提升，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，最终使得刀片性能高出 35%。 在更新刀具的早期，伊斯卡的工程师注意到用户现有机床主轴功率在刀具改进后有效降低。这开启了快速切削之门，即便切削力增大，也不会令得机床骤停。在更高的切削速率下，主轴功率也并未超出 7.66kW。 CAD软件支持 伊斯卡采用了先进的3D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，于5轴加工中心上制成。伊斯卡在工业领域55年的经验及在研发上的大手笔投入，共同成就了刀具的非凡效果。无论是对大型还是小型客户，伊斯卡全球技术及物流支持网络，都为保证交货期提供了坚实的后盾。 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序，保障了刀具在使用中的高刚性和高可靠性。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/12/2011)