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      高效刀具實現發動機缸孔加工的突破
      2012-11-5  來源:  作者:伊斯卡刀具 奧利戈?埃里則

            今天,全球汽車制造商都在力爭生產更經濟和更節能的汽車,他們也擁有很多削減成本的方式,以實現這一目標。針對乘坐室,可選用新型材料;針對底盤,可以制造通用型、模塊化的"平臺"以及更多的標準零件;對于附件和電子器件,可以研發更加精密的組件。對于2011年5000萬輛的乘用車制造計劃來說,如果每個部件能節省一分錢,那么整個汽車行業將能削減八位數的成本。

       

        

        

            基于上述原因,在發動機復雜的制造工藝中,發動機缸孔的加工成為打破高成本的瓶頸,而如何降低其加工成本也成為各家努力的方向。缸孔加工工藝通常為粗加工、半精加工和精加工。

       

            若能縮短一個孔的加工周期,意味著剩余的3、5或7個孔的加工周期同比縮減(孔的數量取決于發動機型號)。由此,伊斯卡針對缸孔加工研發了專業刀具,以兩個工步替代了原來的三個工步,集成粗加工及半精加工銑刀于一體的新型刀具。

       

            二合一刀具縮短加工周期

       

            最近,伊斯卡協助德國的一家大型汽車發動機生產工廠,對缸孔加工進行了工藝改進,使得此工步降低成本成為可能。采用伊斯卡特制刀具,加工周期縮短了44%?,F在,帶四個缸孔的發動機,每缸孔粗加工復合半精加工僅需9.2s(在相同切削條件下,之前為16.6s),采用的刀具數量也下降了,用一把刀具即可完成過去數把刀具完成的工步。

       

            雖然多功能刀具也不時出現在批量生產里,但將其運用于加工缸孔等高公差要求的生產中卻并不多見。原因就在于,只有刀具自身的每個部件都能完美運轉,且保持刀尖的鋒利,此類多功能刀具的優勢才能得以體現。

       

            鏜削還是插銑?

       

            刀具的第一步應用,是加工GG25灰鑄鐵套筒(其將被壓入鑄鋁發動機缸體)。該工步需要將深度為138mm的孔從74.50mm擴寬到76.10mm。盡管該工步名為"鏜缸孔",加工過程卻更接近于垂直方向的鏜銑;刀具直徑依據缸孔最終直徑制作,沿Z軸進刀的方式確保了加工孔的同軸度精度。

       

            在新款刀具之前,粗加工及半精加工由各自的專用刀具加工完成。粗加工及半精加工工序均由夾持帶五刃的CBN刀片于固定刀槽的銑刀完成。除加工周期長達16.6s外,兩工步的刀具在清除切屑的問題上也表現得不甚理想,而對切屑的再次切削,不利于精加工且磨損切削刃。

       

            汽車制造商希望能刀具廠商提供性價比更佳的替代方案,想在原有工藝基礎上,尋求更可靠的加工方式,力爭縮短加工周期,并保證工件表面質量。

       

            配對的立裝刀片

       

            伊斯卡的解決方案是在同一刀體上采用兩種裝夾方式,夾持帶涂層硬質合金刀片,一種刀座形式用于粗加工,另一種刀座形式用于半精加工。四片粗加工刀片平行于刀具頂面夾持于固定刀槽中。三片半精加工刀片垂直夾持于可調節式刀座,分布于銑刀圓周。粗加工刀片組約擴孔徑1.0mm,半精加工刀片組擴孔徑0.6mm。切削液經由內冷卻噴孔直達每刀片切削刃處,以確保有效汽車零部件先進加工裝備排屑。為消減振顫,半精加工刀片組以非對稱的方式分布于圓周。

       

            立裝刀片,刀片與節圓呈切向排列而非垂直于節圓呈放射狀安裝。其原理是令主切削力指向最厚實的刀片截面從而提高每刃承載能力。切削負載直指刀體,在有效減振的同時獲取更長的刀具壽命。此外,刀片立裝夾持,螺釘免于承受拉應力,確保切削加工更可靠。

       

            更新切削參數

       

            分析機床設置,探尋加工周期縮短因素。轉速并未更改,仍為1500r/min,切削速度360m/min,刀片每刃切削量0.50mm。不同點在于,進給量從0.07mm/齒提高到了0.10mm/齒,顯著提升了工作臺進給及進給率。效率提升,憑借的是采用強固的立裝刀具設計并使用束魔技術CVD刀片(伊斯卡束魔涂層刀片問世已三年,涂層后處理使得刀片表面光滑,加工過程中摩擦力小,最終使先得刀片性能高出35%)。

       

            在更新刀具的早期,刀具設計師注意到用戶現有機零工床主軸功率在刀具改進后有效降低。這開啟了快速切削部裝之門,即便切削力增大,也不會令機床驟停。在更高的件備切削速率下,主軸功率也并未超出7.66kW。

       

            軟件支持

       

            伊斯卡采用了先進的CAD三維軟件以求更好地開發新型的、用戶樂于使用的刀具。刀體嚴格遵守ISO9001質量保證體系標準,應用于五軸加工中心。與汽車企業共同探索多年,伊斯卡的現場服務工程師有效優化了刀具的切削參數和加工工步,保證刀具在使用中的高剛性和高可靠性。

       

            結語

       

            在幾個月的新工藝試用中,伊斯卡不僅將加工周期縮短至9.2s,還成功地降低了刀片消耗,屬意料之外的節省,除了因為涂層硬質合金刀片較CBN刀片更加經濟,還由于刀片立裝夾持,使每個刀片切削刃更多,共同有效延長了刀具壽命。

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