機械加工技術文章

發(fā)布時間： 2010-06-01　　點(diǎn)擊次數： 3845次

切削刀具在制造業中的應用
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當前制造業發展的特點是競争加劇，如何能不斷提高生産效率、降低制造成本，以具有競争力的價格向客戶提供高質量的産品，及時滿足用戶日益增長的需求，成爲汽車制造業各企業共同關注的焦點。汽車生産的柔性化要求提高，要求能夠根據市場的需求及時推出新的産品或轉換新的型号生産，當市場對某種産品有需求時必須抓住機遇生産出足夠滿足市場需要的産品。汽車制造中有大量零部件需要進行切削加工，具有技術密集程度高、生産批量大、制造節拍快的特征，汽車制造業中使用的刀具不僅要求其切削性能好、工作壽命長，還要求其具有高度的穩定性，同時還要具有很高的性能價格比，金屬切削和刀具技術作爲機械加工工藝環節中zui活躍的因素，成爲提高生産效率和加工質量、降低制造成本的關鍵技術之一。
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高速和大切削量快進給加工 % @5 e" O' \3 L* e* s5 C

汽車及其零部件制造特别是新工廠、新項目的制造過程越來越多地向著高速加工的方向發展，越來越多地採用數控高速加工中心，很多加工中心機床的主軸轉速已可達數萬轉。同時快速進給也得到很大發展，配合高速加工，採用密齒銑刀，提高進給速度，如在鋁合金變速箱零件的加工中，有的面的銑削進給速度達15m/min以上，甚至可達18m/min以上。三維,cad,機械,技術,汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮江1 R* X& Y（ F7 R# c
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爲瞭提高生産效率，在汽車零部件的加工中，減少或合並加工工序的趨勢也很明顯，例如取消半精加工，粗加工後直接進行精加工，粗镗後直接精镗，鑽孔後精鉸一次到位，面粗銑後一次精銑達到要求，在粗加工中盡可能多地切除加工餘量，随後的一次精加工直接保證加工尺寸和形狀、位置精度以及表面加工質量，這就對機床和刀具都提出瞭很高的要求。三維網技術論壇* e% I* W$ D2 m$ i8 `
新型硬質合金刀具和超硬刀具廣泛使用

面對加工的需要，刀具材料發生瞭很大變化，新型硬質合金刀具和超硬刀具在當代汽車制造業中獲得瞭廣泛使用，尤其是在鑽削、鉸削、銑削、車削等加工中。
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新型硬質合金刀具近年來發展很快，其具有高的硬度和良好的綜合切削性能，同時又具有合适的性能價格比，已在汽車制造業得到瞭應用並取得瞭良好的效果。目前硬質合金刀具正在發展新的配方，採用新的成形和燒結技術，向著採用納米技術和超細粉末、開發兼具高硬度和韌性的新型硬質合金刀具的方向發展。
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同時超硬刀具在汽車制造業獲得瞭越來越廣泛的應用，其中主要是CBN（立方氮化硼），PCD（聚晶金剛石）刀具和陶瓷刀具的應用。如氣缸體缸孔的加工在半精镗和精镗工序中很多就採用瞭ＣＢＮ刀片，切削速度可達800m/min，刀具壽命也大爲延長。

ＰＣＤ刀具由於其*的硬度，在加工鋁制工件及其他有色金屬及其合金時使用壽命*，近年來随著汽車制造業大量應用輕型材料（如鋁合金、複合材料等），PCD刀具的應用也大量增加。現在汽車發動機的汽缸體、汽缸蓋、變速箱的殼體、閥體、槽體、側蓋等零件很多都採用鋁合金材料，這些零件的加工中就大量採用瞭PCD刀具，取得很好的效果，一般每把刀的壽命都在幾千件工件左右，長的可達1.5萬至2萬件，如在變速箱殼體的某些工序加工中，将原來採用的硬質合金镗刀改爲PCD刀具，刀具壽命甚至可從原來的3000件提高到數萬件，其經濟效益是非常明顯的。

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另外，陶瓷刀具也是一種有發展前途的、目前正在汽車制造業不斷獲得應用的刀具，由於其有很高的硬度同時又具有競争力的價格，在某些加工中，陶瓷刀具可用來代替CBN刀具，如在一種直列四缸發動機鑄鐵缸體的缸蓋面的銑削加工中，将一種新型陶瓷刀具代替原來使用的CBN刀具就獲得瞭成功，刀具成本可降低35%以上。在鑄鐵缸體缸孔的粗镗和半精镗中，很多情況下都採用瞭陶瓷刀具，陶瓷刀具的主要缺點是其較脆，因此在連續切削的情況下優點較明顯，另外也需避免刀具受到突然和局部的溫度變化而引起裂紋，因此一般都是進行幹切削。三維網技術論壇） t& ^' c/ f  f7 R1 r
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由於汽車制造業中加工的苛刻工況，僅依賴於刀具材料的改進還是遠遠不能滿足需求的，表面工程技術、摩擦學技術及其塗層的應用和發展，爲提高刀具的切削性能和工作壽命作出瞭很大貢獻。
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目前在汽車制造業所用刀具上採用較多的塗層有TiN、TiC、TiCN、TiAlN以及新出現的AlCrN塗層等等，在鑽頭、鉸刀、齒輪滾刀、絲錐上都獲得很好的應用效果，汽車行業所用的硬質合金刀具刀片大部分都進行瞭塗層，刀具壽命明顯提高，應用塗層的刀具的基體材料範圍也很廣，包括高速鋼、硬質合金、陶瓷等等，例如在使用陶瓷刀具對發動機氣缸體缸蓋結合面進行銑削的加工中，進行瞭塗層的刀具比未經塗層的刀具，壽命可提高20%以上。而且随著對刀具重磨要求的提高，越來越多的重磨後的刀具需要進行重新塗層，使塗層的應用有瞭更廣闊的前景，同時如何使修磨後重新塗層的刀具達到原有新刀具的性能水平，還需要塗層廠家和塗層刀具用戶共同付出更大的努力。
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目前汽車制造業越來越多的採用鋁合金材料，鋁件加工越來越多，但某些在鑄鐵和鋼件加工中應用效果較好的塗層，在鋁件加工中不一定能取得好的效果，因此現在有的塗層企業開發出瞭某些更适合於鋁件加工的刀具用塗層，如zui近就有氮鋁化钛加碳化鎢的複合塗層，在鋁件上加工有較好的效果。覆有類金剛石塗層的刀具對於加工鋁件也有較好的效果，應用在硬質合金刀具上形成和覆蓋類金剛石塗層的方法，可使得具有複雜形狀、或開有斷屑槽的刀具也能具有某些金剛石刀具的加工性能。

目前刀具塗層的開發研究和在汽車制造業的應用研究都有加速的趨勢，正向著納米級和多層化的方向發展，由於單一塗層材料難以滿足提高刀具綜合性能的要求，因此塗層成份将趨於多元化、複合化；在複合塗層中，各單一成分塗層的厚度将越來越薄，層數也越來越多，有的已達400多層；塗層的研究和開發過程中将更注重切削摩擦學的應用，切削摩擦學的理論和試驗及塗層評定方法将有利於新塗層的開發和應用推廣，新塗層工藝将爲滿足不同的切削加工要求，提供更具針對性的适用塗層．三維|cad|機(jī)械|汽車(chē)|技術|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa* d（ N; N" A: l（ E
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複合刀具的發展及其标準化

在汽車制造業中爲達到加工的目的，大量使用瞭組合式刀具和複合刀具，以簡化工序、減少刀具數量、減少換刀時間和降低加工節拍時間，現在，還出現瞭鑽孔和螺紋加工在一起的組合式刀具，這種複合刀具的前部用於鑽孔，緊接著是刀具的螺紋加工部分，在螺紋底孔被鑽出來後，該刀具即進行螺紋的銑削加工，僅用一把刀具即完成該孔的全部加工，已在發動機氣缸體上某些孔的加工中獲得應用，以減少換刀的輔助時間，滿足生産節拍的要求。
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由於組合式刀具的應用大大提高瞭生産效率，但也增加瞭非标刀具的種類和數量，增加瞭對刀具管理的要求，特别是在刀具非正常消耗發生時，增加瞭快速獲得替代刀具的困難和影響生産線正常生産的風險。因此怎樣做到既能保證爲獲得高的生産率而大量採用複合刀具，又能盡可能地使刀具實現标準化，就成爲刀具制造業和汽車制造業需要共同關注和研究解決的問題，需要制定一些相關的标準，開發定向於平台的刀具，建立一些标準的複合刀具結構，根據生産任務合理的組合或者變換切削及功能模塊，並在這種複合刀具中盡可能地採用标準刀片，以快速價廉地制造各種刀具，這樣将會大大降低刀具制造、採購和庫存成本，縮短刀具供貨時間，並顯著提高出現刀具非正常消耗時的應急能力和快速響應能力。

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