汽车工业平面铣刀技术的发展
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">在现代汽车工业中,平面铣削应用极为普遍。为适应汽车工业的需要,工具制造厂商也推出了铣削铸铁及其它材料的铣刀和刀片系列。这些刀具、刀片使得加工效率和零件表面质量都得到大幅度的提高。</SPAN></P><P style="TEXT-INDENT: 21.1pt"><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">一、</SPAN><SPAN>Valenite</SPAN></B><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司为适应汽车工业需求开发的</SPAN><SPAN>QC</SPAN></B><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣削刀片</SPAN><SPAN></SPAN></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">在早期的汽车生产线上,每个工位要在固定的节拍时间内完成一个工序的加工。然后,工件被传送到下一工位,这种传送只能等最慢的工序加工完成才能进行,这时每道工序的切削速度、进给量、走刀次数都是固定不变的,某一道工序需要换刀就要整条生产线都要停下来,因此刀具寿命对生产效率的影响非常突出。</SPAN><SPAN>Valenite</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司产品发展部经理</SPAN><SPAN>Reiterman</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">提出:刀具寿命为半个班、一个半班都是不好的,刀具寿命能稳定地达到一个班,使换刀在下班之后进行是最起码的要求。下一个目标才是增加刀具寿命到</SPAN><SPAN>2</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">、</SPAN><SPAN>3</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">或</SPAN><SPAN>4</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">个班。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">选用高硬度、高强度的刀具材料,再附以适当的涂层,是延长刀具寿命的首要措施。但是,</SPAN><SPAN>Reiterman</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">认为,改进刀具几何形状,也是增加刀具寿命的重要手段,特别是铣削铸铁时。他指出,在汽车工业中,加工一系列合金铸铁,包括灰铸铁、球墨铸铁和高密度球墨铸铁。这些铸铁都有不同的加工特性,其中灰铸铁含有网状硬组织,表现为脆性,加工时,刀具易产生崩刃;球墨铸铁和高密度球墨铸铁有一定塑性,可产生铁屑,但刀具切出时,工件也会产生“翻边”,导致刀尖损坏。</SPAN><SPAN>Reiterman</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">还指出,同样的工件铸造过程不同,其加工性能也不同。例如,薄断面、快速冷却会使铸件产生特硬、难加工的表面。另外,加工性能也可能因铸造的批次不同和配料的批次不同而有所不同。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN>Valenite</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司新开发的用于加工铸铁的</SPAN><SPAN>QC</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣刀刀片,它有四个切削刃,刀刃带有正前角,主切削刃与副切削刃间有几种刀尖圆弧可供选择,在副切削刃处专门设计了修光刃。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">当精铣或浅切深铣削时,刀尖圆弧的大小至关重要。在这种情况下,刀尖圆弧半径应比切削深度大些,这样就产生了一个刀尖圆弧与工件间的主偏角,它对加工铸铁时避免刀尖崩刃起到很好的作用。锋利的刀刃对于加工铸铁时的振动很敏感,极易产生崩刃。因此,刀尖圆弧和主偏角处的刃口要珩磨修圆。另一方面,修光刃的作用是为了去除进给刀痕的“波峰”,珩磨降低了修光刃的切削能力</SPAN><SPAN>--</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">使它变得不锋利了,会使加工表面有挤光的迹象。</SPAN><SPAN>QC</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀片的前角是正值,可以有效地降低切削力,利于排屑。可以根据工件材料的特性,方便地订制最适宜的铣刀刀体,达到减小切削力、减少热量堆积、延长刀具寿命的目的。在不同铸铁铣削过程中,使用</SPAN><SPAN>QC</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀片,可以增加刀具寿命。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21.1pt"><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">二、</SPAN><SPAN>Iscar</SPAN></B><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司开发的用于汽车工业的</SPAN><SPAN>Auto2000</SPAN></B><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣刀</SPAN><SPAN></SPAN></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">汽车生产从使用古老的刚性生产线到目前先进的柔性制造系统,完成了数字化转变。而对于汽车本身,则出现了能源多元化的发展趋势。这一变化直接影响到汽车结构和汽车零件材料的选用。因此,汽车制造业正在寻求既能方便使用又能适应多种金属材料的刀具。为此,</SPAN><SPAN>Iscar</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司发展了一个新的汽车工业专用铣刀系列,该铣刀系列称之为</SPAN><SPAN>Auto2000</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣削系统。其特点是,定位刀片轴向高度的刀片座环是精磨过的,这样可大量节省刀具调整的重调时间。刀具可用于精铣、半精铣灰铸铁、可锻铸铁和汽车业常用的球墨铸铁。采用最大的切削深度为</SPAN><SPAN>5mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">。刀片为八角形,每个刀片有</SPAN><SPAN>16</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">条切削刃,轴向有正前角的卷屑槽,减小了切削力。另外,刀尖后部带有修光刃,可提高工件的表面质量。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21.1pt"><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">三、铣削用陶瓷刀片的使用效果</SPAN><SPAN></SPAN></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">在模块式生产线或柔性加工单元(</SPAN><SPAN>FMC</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">)上,借助数控技术调整切削参数是很容易的,这样更有利于充分发挥先进刀具的全部潜能。</SPAN><SPAN>Kennametal</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司铣刀部经理</SPAN><SPAN>Marshall</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">说,对于铣削灰铸铁,要获得最高生产率,氮化硅是最佳选择。即使在</SPAN><SPAN>760</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">~</SPAN><SPAN>1370m/min</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">的切削速度下使用,其进给速度和刀具寿命仍可与硬质合金相比。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">全国精密产品公司(</SPAN><SPAN>NPP</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">)试用</SPAN><SPAN>Kennametal</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司的氮化硅</SPAN><SPAN>Kyon3500</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">制成的</SPAN><SPAN>Fx-perfect</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀片后,认为与硬质合金刀具比较,进给量提高了</SPAN><SPAN>3</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">~</SPAN><SPAN>4</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">倍后,刀具寿命仍有所提高。比如,用φ</SPAN><SPAN>25.4mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">整体硬质合金立铣刀,一次重磨可加工</SPAN><SPAN>300</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">件,用φ</SPAN><SPAN>76mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">装有</SPAN><SPAN>Kyon3500Fix-perfect</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀片的面铣刀时,加工超过</SPAN><SPAN>2000</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">件</SPAN><SPAN>/</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刃或</SPAN><SPAN>16000</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">件</SPAN><SPAN>/</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">片。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">据</SPAN><SPAN>NPP</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司介绍,球墨铸铁比灰铸铁难加工,需要对切削速度进行调整。在每齿金属切除率与加工灰铸铁相同的情况下,加工球墨铸铁,其切削速度为</SPAN><SPAN>v=730m/min</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">,加工灰铸铁,切削速度为</SPAN><SPAN>v=914</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">~</SPAN><SPAN>1219m/min</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">。氮化硅</SPAN><SPAN>Kyon3500</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀具材料性能优越,虽然其价格比硬质合金贵,但生产率提高带来的效益远胜于刀具费用的增长。关键是机床功率和刚性要足够。虽然陶瓷用于铣削可达到很高的切削速度,刀具寿命也很长,但是如果切深达到</SPAN><SPAN>3.8mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">,机床功率就是达到</SPAN><SPAN>20</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">马力也带不动。因此只能降低一点切削速度,这样做并没有充分发挥出陶瓷的优越性能。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21.1pt"><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">四、铣刀几何角度的改进</SPAN><SPAN></SPAN></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">根据</SPAN><SPAN>NPP</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司的经验,在机床功率不足时,正确地选择刀具的几何角度,也能扩大低功率机床的生产能力。比如,按传统,加工铸铁的铣刀带有负的轴向和径向前角(双负角铣刀),这种负的几何角度使刀刃比较牢固。相反,正负角铣刀(轴向正前角、径向负前角)切削平稳,也降低了机床功率要求,更便于采用先进的刀具材料。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">根据刀片的牌号和用途,铣刀刀片的刃口可以是锋利的,也可以磨出</SPAN><SPAN>0.013mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">~</SPAN><SPAN>0.076mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">的倒棱。对于</SPAN><SPAN>Kyon3500</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">陶瓷刀片是磨出一个</SPAN><SPAN>20</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">°的倒棱,倒棱宽度为</SPAN><SPAN>0.2mm</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">,以防刀刃在高速下被切屑打坏。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN>Kennametal</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">公司的</SPAN><SPAN>Fix-Perfect</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">系统是一个不同正负角组合的产品系列。其特点在于:由于刀片采用立装型式,刀刃的下部有较强的实体支承,增加了刀刃强度。负的轴向前角使切削力向着主轴,铣刀工作稳定。而且,负的轴向前角能使最早切入工件的“冲击点”离开刀尖,对刀尖起保护作用。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN>Fix-perfect</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣刀带有刮光刀片,可用于粗铣和精铣。表面粗糙度可达</SPAN><SPAN>32</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">(轮廓均方根偏差值),这样可减少一次精铣加工,也减少了循环时间。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21.1pt"><B><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">五、刀具要适应汽车各类零件材料的变化</SPAN><SPAN></SPAN></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">由于铸铁的坚硬性和很高的抗压强度,并且能铸成很复杂的形状,所以一直是用于制造汽车发动机箱体和其它零件。后来在</SPAN><SPAN>CAFE</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">(</SPAN><SPAN>Corporate-average-fuel-efficiency</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">)等的推动下,开始在轻型运载工具上减少重合金的用量。</SPAN><SPAN>1980</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年,按照美国铸造协会规定,家用汽车控制在</SPAN><SPAN>600</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">磅铸铁,到</SPAN><SPAN>1999</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年,其平均值降了近一半,达到</SPAN><SPAN>325</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">磅,预计</SPAN><SPAN>2006</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年降到</SPAN><SPAN>230</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">磅。另一方面,制铝业分析预测,汽车铝件的应用在</SPAN><SPAN>5</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年内将上升</SPAN><SPAN>50%</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">,从</SPAN><SPAN>2000</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年的</SPAN><SPAN>250</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">磅</SPAN><SPAN>/</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">辆,到</SPAN><SPAN>2005</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">年将达到</SPAN><SPAN>380/</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">辆。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">在大量生产中加工铝件,需要用聚晶金刚石(</SPAN><SPAN>PCD</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">)刀具。加工时产生的切屑是</SPAN><SPAN>PCD</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀具损坏的主要原因。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">要保持</SPAN><SPAN>PCD</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀具切削刃的完整,最好是使切削负荷均匀分布到每个铣刀刀齿上。因此,精密调整(特别是轴向)是延长</SPAN><SPAN>PCD</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣刀寿命的重要手段。如</SPAN><SPAN>Ingersoll</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">铣刀的</SPAN><SPAN>Flex-Lok</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">刀垫能允许对立装刀片进行精密调整,然后用桶形螺钉把刀片固定。这样,铣刀上每个刀片的负荷是均衡的,从而可获得最长的刀具寿命。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">加工铝合金对刀具几何角度有特殊的要求,航空工业用铝合金,因其粘性大、硅含量低,所以应采用大的正前角刀具;对于汽车工业用含硅量高的铸造铝合金,就不必用太锋利的正前角,而应以稳定、耐用为主。因此,大多数的汽车制造厂商加工铝合金,都选用较小的轴向和径向正前角。</SPAN></P>
<P style="TEXT-INDENT: 21pt"><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">另外,现在有些汽车零件采用淬硬加工,以提高生产率和降低成本。如加工淬硬的黑色金属,可选用装有</SPAN><SPAN>CBN</SPAN><SPAN style="FONT-FAMILY: 宋体">或陶瓷刀片的铣刀。</SPAN></P>
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