数控刀具在汽车制造业中的应用

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汽车作为先进制造业的代表，对生产设备的精度和柔性都有很高的要求。而数控刀具在汽车制造业中起到了关键作用，许多工序必须使用专用刀具、复合刀具，如发动机曲轴，无论是内铣、车车拉还是高速外铣工序，所使用的都是专用刀具，这些刀具的刀体制造复杂，技术含量高，这就对我国工具制造企业提出了很高的要求。 - C& }; ~6 o9 X

下面就从几个方面阐述数控刀具在汽车制造行业中的应用：

1 PCD超硬刀具的在汽车制造业中的应用

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PCD刀具的应用是实现高速、高效、高稳定性、低成本的最有效途径。由于PCD刀具具有极高的硬度，在高切削速度下，能保持很高的耐磨性，又因它和有色金属的摩擦系数非常小，切削中不会产生积屑瘤，加工的表面粗糙度非常好，尺寸精度很稳定，刃口可以做得很锋利，切削中非常轻快，尤其是在刀具的出口处几乎没有飞边毛刺。如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具(尤其是多齿刀具)的特点是切削刃对刀柄的跳动小(如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为O.002mm)，尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀(六刃，直径100mm)，最高转速可达20,000r/min以上，切削速度可达7,000m/min ，适合于汽车零部件的成形面加工。
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图1 PCD超硬刀具

图2 面铣刀

2 数控面铣刀和整体硬质合金刀具在缸体加工中的应用

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图3 发动机生产线

图4 定位孔的加工

图5 贴合面的加工

图6 进气口排气口加工

图7 复合刀具的应用

图8 曲轴的加工

1. 面铣刀在汽车缸体上的应用
   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，工具制造厂商推出了铣削铸铁及硅铝合金材料的铣刀和刀片系列。这此刀具、刀片使得加工效率和零件表面质量都得到大辐度的提高。缸体是发动机的关进零件之一，其材料有铸铁和硅铝合金两种，不同的材料其加工性能各不相同，比如在加工灰铸铁、球墨铸铁和高密度球墨铸铁时，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，同样的工件铸造过程不同，其加工性能也不同。针对不同的材料，不同的加工条件，工具制造商推出了相应的专用刀片系列，在汽车发动机的加工中发挥了极其重要的作用。
   成功案例：

   • 客户单位：某汽车发动机制造厂； . ^6 E2 k+ m. M" N/ A2 L! ^
   • 零件名称：发动机缸盖； : h! I* Y1 ]1 i6 f# g8 h
   • 零件材料：QT450 HB230
   • 加工设备：立式加工中心，湿式加工；
   • 加工内容：粗铣发动机缸盖顶面；
   • 切削参数：V_c=200m/min，f=0.5mm/r，a_p=2mm
   • 实验结果：我公司加工零件数80件/刃；竞争对手加工零件为5O件/刃。性能上略胜一筹，我公司性价比高，得到了客户的认同。
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2. 整体硬质合金复合刀具在汽车制造中的应用
   各工具制造商在孔加工精度和加工效率方面各有优势，为了适应汽车行业对刀具的需求，他们在刀具的材料、刀具的结构设计和涂层方面都作了深入的研究，尤其是在加工铝合金等有色金属时，目前已经开发出了金刚石涂层硬质合金钻头、DLC涂层硬质合金钻头或带金刚石烧结体刀齿的钻头，这大大提高了刀具的使用寿命和被加工件的尺寸精度。
   切削案例 ! [; z0 l4 k( Z

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   • 钻头规格：Ø12 5 ~4 [2 K( E2 j1 H+ w" {/ \5 {+ Y) I
   • 被切削材料：42CrMo，硬度HB250～300 & C4 M' z& |- r) o9 _
   • 机床：DECKEL MAHO GmbH公司DMU70V高速加工中心 - y% s8 s! {" I# w) C |
   • 切削速度：V_c=75m/min，每转进给量：f_r=0.25mm/r，(转速n=1990r/min，进给速度V_f=497.5mm/min)
   • 钻孔深度：L=30mm
   • 钻头寿命：钻孔数量2988个，总切深89.4m
   总之，钻头的切削条件总的趋势是高速化，随着被加工材料的不同，切削速度已可分别达到200～300m/min。高速钻头切削是一种高速大进给量的发展趋势，类似球头立铣刀切削条件的发展趋势。切削实践表明，提高切削速度有利于切屑形态的合理化和改善加工表面的粗糙度，预计今后仍将沿着高速切削的方向发展；提高进给量对断屑排屑和延长刀具寿命非常有利．因此，今后也仍将沿着大进给的方向不断发展。

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3 数控成型复合刀具在缸体加工中的应用

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随着汽车市场竞争的不断加剧，利润空间越来越小，各个汽车制造商为了降低成本，提高加工效率，就不断地改进汽车制造工艺，这时以前需要几道加工工序才能完成的内容现在合并成一次加工而成，这不仅缩短了加工时间，提高了加工效率，而且更进一步提高了零部件的加工精度，大大减小了加工成本，这时各种形式的成型刀具、复合刀具就发挥了极其重要的作用，这些成型刀具的刀片可以是焊接式的也可以是刀片式的，根据不同的客户不同的需求，其结构形式也各不相同。为了满足汽车行业不断的需求，上海工具厂有限公司2006年开发出了各种形式的复合成型刀具，这类刀具将PCD超硬刀具与硬质合金刀具有机地结合在一起，可以实现由粗加工到精加工一次成型，目前该类刀具在各大汽车公司得到了广泛的应用。 1 A$ d( S- @. j0 N9 [4 n; `4 y

4 数控整体刀具在曲轴加工中的应用

由于发动机曲轴自身结构的特殊性，目前国内轿车曲轴生产线多为高速柔性生产线FTL(Flexible Trallsfer Line)，这种生产线的特点是不仅可以加工同系列曲轴，而且还可加工变型产品、换代产品和新产品。对于曲轴主轴颈加工应优先选用CNC内铣或CNC高速外铣，连杆颈的加工用CNC高速外铣。如果毛坯是锻钢毛坯，CNC内铣更有利于断屑。不宜采用CNC车-车拉，由于平衡块侧面是断续车削，曲轴转速又很高(约1000r/min)，崩刀现象很严重。根据我公司的产品特点，我们在曲轴端面螺纹孔的加工、直油孔的加工和斜油孔的加工方面具有很大的优势，目前我公司的整体刀具已经在上海大众、上汽汽车和通用汽车公司得到了广泛的应用。 % |, T& ^/ b7 g: x

5 总结

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本文通过介绍数控刀具在汽车加工行业的应用阐述了上海工具厂有限公司数控刀具在汽车加工方面的技术水平，为了满足汽车加工越来越高的要求，我们在提高数控刀具技术开发能力的基础上，还必须加大对汽车加工技术的研究，提升我们的技术服务质量。