高效切削刀具在制造業(yè)中的應(yīng)用
當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)是競(jìng)爭(zhēng)加劇捂臣,如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本邓星,以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品堡掏,及時(shí)滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求,成為汽車制造業(yè)各企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)刨疼。汽車生產(chǎn)的柔性化要求提高泉唁,要求能夠根據(jù)市場(chǎng)的需求及時(shí)推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號(hào)生產(chǎn),當(dāng)市場(chǎng)對(duì)某種產(chǎn)品有需求時(shí)必須抓住機(jī)遇生產(chǎn)出足夠滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品揩慕。汽車制造中有大量零部件需要進(jìn)行切削加工亭畜,具有技術(shù)密集程度高、生產(chǎn)批量大迎卤、制造節(jié)拍快的特征拴鸵,汽車制造業(yè)中使用的刀具不僅要求其切削性能好、工作壽命長(zhǎng)止吐,還要求其具有高度的穩(wěn)定性宝踪,同時(shí)還要具有很高的性能價(jià)格比,金屬切削和刀具技術(shù)作為機(jī)械加工工藝環(huán)節(jié)中最活躍的因素碍扔,成為提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量瘩燥、降低制造成本的關(guān)鍵技術(shù)之一秕重。
高速和大切削量快進(jìn)給加工 汽車及其零部件制造特別是新工廠、新項(xiàng)目的制造過(guò)程越來(lái)越多地向著高速加工的方向發(fā)展露揽,越來(lái)越多地采用數(shù)控高速加工中心专运,很多加工中心機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速已可達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)。同時(shí)快速進(jìn)給也得到很大發(fā)展屏部,配合高速加工壮畏,采用密齒銑刀,提高進(jìn)給速度藐捉,如在鋁合金變速箱零件的加工中铭歪,有的面的銑削進(jìn)給速度達(dá)15m/min以上,甚至可達(dá)18m/min以上氛玛。
為了提高生產(chǎn)效率搀薛,在汽車零部件的加工中,減少或合并加工工序的趨勢(shì)也很明顯蹂勺,例如取消半精加工稻填,粗加工后直接進(jìn)行精加工,粗鏜后直接精鏜携帘,鉆孔后精鉸一次到位恰壁,面粗銑后一次精銑達(dá)到要求,在粗加工中盡可能多地切除加工余量旨椒,隨后的一次精加工直接保證加工尺寸和形狀晓褪、位置精度以及表面加工質(zhì)量,這就對(duì)機(jī)床和刀具都提出了很高的要求钩乍。 新型硬質(zhì)合金刀具和超硬刀具廣泛使用 面對(duì)高效加工的需要辞州,刀具材料發(fā)生了很大變化,新型硬質(zhì)合金刀具和超硬刀具在當(dāng)代汽車制造業(yè)中獲得了廣泛使用寥粹,尤其是在鉆削、鉸削埃元、銑削涝涤、車削等加工中。 新型硬質(zhì)合金刀具近年來(lái)發(fā)展很快岛杀,其具有高的硬度和良好的綜合切削性能阔拳,同時(shí)又具有合適的性能價(jià)格比,已在汽車制造業(yè)得到了應(yīng)用并取得了良好的效果类嗤。
目前硬質(zhì)合金刀具正在發(fā)展新的配方糊肠,采用新的成形和燒結(jié)技術(shù),向著采用納米技術(shù)和超細(xì)粉末遗锣、開(kāi)發(fā)兼具高硬度和韌性的新型硬質(zhì)合金刀具的方向發(fā)展捌养。 同時(shí)超硬刀具在汽車制造業(yè)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用湾蝙,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(yīng)用螃妨。如氣缸體缸孔的加工在半精鏜和精鏜工序中很多就采用了CBN刀片惰绘,切削速度可達(dá)800m/min,刀具壽命也大為延長(zhǎng)耐叽。
PCD刀具由于其極高的硬度蟀蛆,在加工鋁制工件及其他有色金屬及其合金時(shí)使用壽命極高,近年來(lái)隨著汽車制造業(yè)大量應(yīng)用輕型材料(如鋁合金录抖、復(fù)合材料等)男沛,PCD刀具的應(yīng)用也大量增加。現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體两候、汽缸蓋宗恩、變速箱的殼體、閥體彰晌、槽體领姨、側(cè)蓋等零件很多都采用鋁合金材料,這些零件的加工中就大量采用了PCD刀具张弛,取得很好的效果荒典,一般每把刀的壽命都在幾千件工件左右,長(zhǎng)的可達(dá)1.5萬(wàn)至2萬(wàn)件吞鸭,如在變速箱殼體的某些工序加工中寺董,將原來(lái)采用的硬質(zhì)合金鏜刀改為PCD刀具,刀具壽命甚至可從原來(lái)的3000件提高到數(shù)萬(wàn)件刻剥,其經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的遮咖。
另外,陶瓷刀具也是一種有發(fā)展前途的造虏、目前正在汽車制造業(yè)不斷獲得應(yīng)用的刀具御吞,由于其有很高的硬度同時(shí)又具有極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格,在某些加工中漓藕,陶瓷刀具可用來(lái)代替CBN刀具陶珠,如在一種直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體的缸蓋面的銑削加工中,將一種新型陶瓷刀具代替原來(lái)使用的CBN刀具就獲得了成功享钞,刀具成本可降低35%以上揍诽。在鑄鐵缸體缸孔的粗鏜和半精鏜中,很多情況下都采用了陶瓷刀具泄楷,陶瓷刀具的主要缺點(diǎn)是其較脆竖枚,因此在連續(xù)切削的情況下優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行干切削路棍。
刀具涂層的開(kāi)發(fā)和涂層刀具的應(yīng)用
由于汽車制造業(yè)中高效加工的苛刻工況持乌,僅依賴于刀具材料的改進(jìn)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求的,表面工程技術(shù)祖匕、摩擦學(xué)技術(shù)及其涂層的應(yīng)用和發(fā)展蒜座,為提高刀具的切削性能和工作壽命作出了很大貢獻(xiàn)。 目前在汽車制造業(yè)所用刀具上采用較多的涂層有TiN汪怒、TiC叽渡、TiCN、TiAlN以及新出現(xiàn)的AlCrN涂層等等杭厘,在鉆頭酣殊、鉸刀、齒輪滾刀隶丁、絲錐上都獲得很好的應(yīng)用效果锡移,汽車行業(yè)所用的硬質(zhì)合金刀具刀片大部分都進(jìn)行了涂層,刀具壽命明顯提高漆际,應(yīng)用涂層的刀具的基體材料范圍也很廣淆珊,包括高速鋼、硬質(zhì)合金奸汇、陶瓷等等施符,例如在使用陶瓷刀具對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體缸蓋結(jié)合面進(jìn)行銑削的加工中,進(jìn)行了涂層的刀具比未經(jīng)涂層的刀具擂找,壽命可提高20%以上戳吝。而且隨著對(duì)刀具重磨要求的提高,越來(lái)越多的重磨后的刀具需要進(jìn)行重新涂層贯涎,使涂層的應(yīng)用有了更廣闊的前景听哭,同時(shí)如何使修磨后重新涂層的刀具達(dá)到原有新刀具的性能水平,還需要涂層廠家和涂層刀具用戶共同付出更大的努力塘雳。
目前汽車制造業(yè)越來(lái)越多的采用鋁合金材料陆盘,鋁件加工越來(lái)越多,但某些在鑄鐵和鋼件加工中應(yīng)用效果較好的涂層粉捻,在鋁件加工中不一定能取得好的效果缅含,因此現(xiàn)在有的涂層企業(yè)開(kāi)發(fā)出了某些更適合于鋁件加工的刀具用涂層,如最近就有氮鋁化鈦加碳化鎢的復(fù)合涂層杖荤,在鋁件上加工有較好的效果。覆有類金剛石涂層的刀具對(duì)于加工鋁件也有較好的效果篇张,應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具上形成和覆蓋類金剛石涂層的方法窥吮,可使得具有復(fù)雜形狀、或開(kāi)有斷屑槽的刀具也能具有某些金剛石刀具的加工性能。
目前刀具涂層的開(kāi)發(fā)研究和在汽車制造業(yè)的應(yīng)用研究都有加速的趨勢(shì)哗搏,正向著納米級(jí)和多層化的方向發(fā)展甫沉,由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合性能的要求,因此涂層成份將趨于多元化酒危、復(fù)合化似靖;在復(fù)合涂層中,各單一成分涂層的厚度將越來(lái)越薄败旋,層數(shù)也越來(lái)越多录切,有的已達(dá)400多層;涂層的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中將更注重切削摩擦學(xué)的應(yīng)用仁连,切削摩擦學(xué)的理論和試驗(yàn)及涂層評(píng)定方法將有利于新涂層的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用推廣蓝角,新涂層工藝將為滿足不同的切削加工要求,提供更具針對(duì)性的適用涂層. 復(fù)合刀具的發(fā)展及其標(biāo)準(zhǔn)化 在汽車制造業(yè)中為達(dá)到高效加工的目的饭冬,大量使用了組合式刀具和復(fù)合刀具使鹅,以簡(jiǎn)化工序、減少刀具數(shù)量昌抠、減少換刀時(shí)間和降低加工節(jié)拍時(shí)間患朱,現(xiàn)在,還出現(xiàn)了鉆孔和螺紋加工在一起的組合式刀具炊苫,這種復(fù)合刀具的前部用于鉆孔裁厅,緊接著是刀具的螺紋加工部分,在螺紋底孔被鉆出來(lái)后劝评,該刀具即進(jìn)行螺紋的銑削加工姐直,僅用一把刀具即完成該孔的全部加工,已在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體上某些孔的加工中獲得應(yīng)用蒋畜,以減少換刀的輔助時(shí)間声畏,滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。
由于組合式刀具的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率姻成,但也增加了非標(biāo)刀具的種類和數(shù)量淤点,增加了對(duì)刀具管理的要求,特別是在刀具非正常消耗發(fā)生時(shí)能盈,增加了快速獲得替代刀具的困難和影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)揉远。因此怎樣做到既能保證為獲得高的生產(chǎn)率而大量采用復(fù)合刀具,又能盡可能地使刀具實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化接寥,就成為刀具制造業(yè)和汽車制造業(yè)需要共同關(guān)注和研究解決的問(wèn)題衰件,需要制定一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)發(fā)定向于平臺(tái)的刀具季础,建立一些標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)擅盏,根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)合理的組合或者變換切削及功能模塊,并在這種復(fù)合刀具中盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)刀片,以快速價(jià)廉地制造各種專用刀具纹硼,這樣將會(huì)大大降低刀具制造英胖、采購(gòu)和庫(kù)存成本,縮短刀具供貨時(shí)間壶缚,并顯著提高出現(xiàn)刀具非正常消耗時(shí)的應(yīng)急能力和快速響應(yīng)能力皿港。
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