在歐洲，由于汽油價(jià)格昂貴，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，汽車制造商對(duì)采用緊密石墨鑄鐵（CompactedGraphiteIron布隔，CGI）代替普通灰鑄鐵制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋具有濃厚興趣。采用CGI材料可制造薄壁結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和汽缸體，其缸壁可承受活塞工作時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力而不會(huì)膨脹變形衅檀，這種結(jié)構(gòu)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)具有重量輕招刨、馬力大、燃料效率高倾氮、尾氣排放少等優(yōu)點(diǎn)匣酸。荷蘭卡車制造商DAFTruckNV公司用CGI鑄鐵制造的6缸、12.6升新型發(fā)動(dòng)機(jī)的功率達(dá)530馬力英甜，比采用灰鑄鐵制造的同類發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高了50馬力卡撤。在北美，采用CGI鑄鐵制造的發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)到2005尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)埃灿，由于CGI缸壁優(yōu)異的抗膨脹變形能力企亮，大大減少了發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的“竄漏”現(xiàn)象，可防止未完全燃燒的廢氣通過活塞環(huán)泄漏绝开。

    　轎車制造商奧迪（Audi）公司的柔性制造單元每年加工1萬件CGIV8發(fā)動(dòng)機(jī)殼體讶里，由于采用常規(guī)刀具加工，刀具費(fèi)用居高不下剑督。由于這些發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于高檔轎車（在美國售價(jià)為8萬美元）谆精，因此較高的刀具費(fèi)用還可以接受。但是菠食，該公司不久要達(dá)到年產(chǎn)20萬件CGIV6發(fā)動(dòng)機(jī)殼體（用于其它型號(hào)轎車）的生產(chǎn)能力浮笔，因此，高速加工CGI的生產(chǎn)效率和加工成本就顯得十分重要起宽。

    　CGI鑄鐵的韌性和加工性能介于灰鑄鐵與可鍛鑄鐵之間，其疲勞強(qiáng)度為灰鑄鐵的1.8倍济榨，拉伸強(qiáng)度及彈性模量分別為灰鑄鐵的1.8倍和1.4倍坯沪。CGI鑄鐵材料微觀結(jié)構(gòu)中的石墨組織呈蠕蟲狀或珊瑚狀，其切削負(fù)荷比石墨組織呈片狀的灰鑄鐵增大了20％～30％擒滑。雖然采用常規(guī)刀具也能對(duì)CGI鑄鐵進(jìn)行鏜削和銑削加工腐晾，但只能采用低轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給的切削方式丐一，且刀具壽命很短藻糖，這對(duì)于小批量、一次性生產(chǎn)（如NASCAR賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的加工）是可行的库车，但對(duì)于大批量發(fā)動(dòng)機(jī)的高效制造巨柒，這種切削方式顯然難以滿足加工要求。

  　  在幾年以前柠衍，許多機(jī)械制造專家還認(rèn)為高速切削CGI鑄鐵是很難實(shí)現(xiàn)的洋满。而自旋轉(zhuǎn)刀具的應(yīng)用為CGI鑄鐵的高速加工提供了一種有效途徑。自旋轉(zhuǎn)銑削的概念最早由美國飛機(jī)制造巨頭洛克希德公司（LockheedCorp.）于20世紀(jì)70年代提出枪岖，RotaryTechnologies公司對(duì)該技術(shù)加以完善居然，并由UNOVA’sLambTechnicon公司將其應(yīng)用于CGI鑄鐵的鏜削加工奖肋。自旋轉(zhuǎn)刀具是一種采用雙負(fù)切削角的圓形旋轉(zhuǎn)刀具，可有效減輕加工中的摩擦與發(fā)熱郑喊，它的應(yīng)用對(duì)未來幾年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)開拓了新的途徑遣拔。

    　自旋轉(zhuǎn)鏜刀上設(shè)置有多個(gè)旋轉(zhuǎn)刀夾，每個(gè)刀夾上安裝一個(gè)直徑約27mm的圓形刀片阎臂。每把鏜刀上設(shè)置的刀夾/刀片數(shù)量取決于鏜刀直徑嘶刚，如直徑為76.2mm的鏜刀上通常設(shè)置4個(gè)刀片，直徑為305mm的銑刀上可設(shè)置16個(gè)刀片蚊凫。自旋轉(zhuǎn)刀片的材料一般為氮化硅陶瓷盲赚，高速加工CGI鑄鐵時(shí)也可采用硬質(zhì)合金牌號(hào)刀片。采用倒棱寬度為0.254mm肛英、倒棱角為10°的Si3N4陶瓷刀片可獲得最好的切削效果膘椿。

    　直至不久以前，自旋轉(zhuǎn)刀具并未引起太多人的重視林索。過去笙隙，自旋轉(zhuǎn)銑刀刀夾軸承及潤滑脂的設(shè)計(jì)使刀具系統(tǒng)在加工中容易產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，近年來這些問題已逐步得到解決坎缭。

   　 在20世紀(jì)90年代竟痰，機(jī)床制造商向歐洲一家汽車零件制造商提供了3臺(tái)CNC加工中心，用于加工CGI鑄鐵零件以取代灰鑄鐵零件掏呼。工廠采用常規(guī)刀具按加工灰鑄鐵的進(jìn)給量坏快、切削速度等參數(shù)進(jìn)行編程加工時(shí)，刀具很快破損失效憎夷。為滿足生產(chǎn)需要莽鸿，Lamb公司不得不耗資80萬美元為廠家免費(fèi)提供了第四臺(tái)CNC加工中心。此事促使Lamb公司對(duì)CGI鑄鐵加工工藝和刀具進(jìn)行深入研究拾给。不久祥得，Lamb公司確認(rèn)了自旋轉(zhuǎn)刀具高速加工CGI的適用性，并不斷推出新的刀具刃形蒋得，以解決刀片周圍的散熱問題级及。

    　研究結(jié)果表明，采用常規(guī)刀具加工時(shí)额衙，刀具與CGI工件表面接觸部位以及切屑沿刀具前刀面發(fā)生摩擦處磨損劇烈饮焦，其溫度分別比剪切面溫度高出約480℃和150℃，高溫使涂層或未涂層的常規(guī)刀具表面迅速軟化氛拜，造成刀具早期失效揖姆。而采用自旋轉(zhuǎn)刀具加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀片可將切屑從切削區(qū)推出，避免刀具與切屑劇烈摩擦而產(chǎn)生大量切削熱眼厕，雖然刀具與切屑之間仍需一定的摩擦力以推動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)煮泪，但這種摩擦及發(fā)熱與使用常規(guī)刀具相比幾乎可忽略不計(jì)。德國汽車制造商奧迪集團(tuán)用常規(guī)刀具加工CGI鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)殼體時(shí)（切削速度800m/min半就，切削深度1.5mm酌非，每齒進(jìn)給量0.2mm），刀具迅速失效吸自；而采用自旋轉(zhuǎn)刀具以相同切削用量進(jìn)行加工時(shí)叭静，切削15分鐘后刀片切削刃的最大磨損量僅為0.15mm。

 　   戴姆勒-克萊斯勒公司（DaimlerChryslerCorp.）在美國密歇根州Trenton的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠雖然不生產(chǎn)CGI鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)殼體窥扭，但他們采用自旋轉(zhuǎn)刀具加工灰鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)殼體也取得了非常不錯(cuò)的效益给庶。該廠在年產(chǎn)50萬件發(fā)動(dòng)機(jī)殼體（用于Chryslerminivans型轎車）的生產(chǎn)線上采用自旋轉(zhuǎn)銑刀干銑削加工發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的頂面和底面（目前正在試驗(yàn)加工發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的前面和后面），切削速度約為625m/min逼肯，進(jìn)給量為3073mm/min耸黑。使用自旋轉(zhuǎn)刀具后，換刀次數(shù)由以前每年697次減少到46次篮幢。使用該刀具的唯一不便之處是需要在原有調(diào)刀站內(nèi)對(duì)自旋轉(zhuǎn)刀具的刀片直徑進(jìn)行專門調(diào)刀大刊。此外，許多原有加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與自旋轉(zhuǎn)刀具的使用也不完全匹配三椿，為此需要對(duì)原有生產(chǎn)線進(jìn)行修改和調(diào)整缺菌，雖然這要耗費(fèi)一定的時(shí)間和資金，加上自旋轉(zhuǎn)刀具本身成本也不低（刀片40美元搜锰，刀夾225美元）伴郁，但與使用自旋轉(zhuǎn)刀具可獲得的效益相比，這一切都是值得的〉暗穑現(xiàn)在每把刀具的加工壽命已由原來的500件左右提高到5000～7000件焊傅。

  　  戴姆勒-克萊斯勒發(fā)動(dòng)機(jī)廠從2000年初開始使用自旋轉(zhuǎn)刀具，在此之前鸦列，該廠已對(duì)這種刀具進(jìn)行了幾年的試驗(yàn)與評(píng)估租冠。多年來鹏倘，自旋轉(zhuǎn)刀具的刀夾軸承發(fā)熱及潤滑問題一直困擾著技術(shù)人員。隨著新的刀夾軸承材料及潤滑脂的出現(xiàn)气穴，加工灰鑄鐵時(shí)的刀夾發(fā)熱問題得到了較好解決跑腮，但在加工CGI鑄鐵時(shí)仍存在少量的刀夾發(fā)熱現(xiàn)象，采用逆銑法則可較好解決這一問題肉敏。逆銑加工時(shí)帮冶，刀具以較小的切入角（如15°）進(jìn)入切削，切削過程中，切屑厚度由零逐漸增至最大隧帜，這與加工發(fā)動(dòng)機(jī)殼體通常采用的順銑法正好相反铡暂，順銑的切入角較大（如90°），切入時(shí)的切深最大豫柿，切削過程中切屑厚度逐漸減小直至為零倡油。對(duì)于常規(guī)刀具而言，逆銑法對(duì)刀具壽命不利剧灰，由于刀具向前移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)栓栋，刀片底部始終與工件發(fā)生摩擦，易造成發(fā)熱和磨損匣吊。但是儒拂，逆銑對(duì)于自旋轉(zhuǎn)刀具加工則比較有利，因?yàn)樗梢匝娱L刀夾軸承的壽命色鸳，此外社痛，逆銑對(duì)于加工發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的復(fù)雜型面（包括薄壁截面）也很有好處，有助于減輕對(duì)工件的沖擊振動(dòng)缕碎，從而獲得較好的加工表面粗糙度褥影。較小的切入角也十分重要，因?yàn)樽孕D(zhuǎn)刀具最常用的Si3N4陶瓷刀片在切削沖擊作用下比硬質(zhì)合金刀片更易發(fā)生破損咏雌。

   　 目前凡怎，Lamb公司的技術(shù)人員正致力于減小自旋轉(zhuǎn)刀具的刀夾尺寸，現(xiàn)已初步設(shè)計(jì)出一種將直徑減小到約15.24mm的新型刀夾赊抖，這種小尺寸刀夾可允許在同一刀體上布置更多刀片统倒。按原來的自旋轉(zhuǎn)鏜刀及其刀夾設(shè)計(jì)，可加工的最小孔徑為76.3mm氛雪，很難用于鏜削汽缸孔以外的其它加工場合房匆，刀夾尺寸減小后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)更小孔徑的切削加工灶昏。對(duì)于自旋轉(zhuǎn)銑刀茬麻，新設(shè)計(jì)的刀夾尺寸僅為原刀夾的一半左右，因此可在相同直徑的刀體上增加刀片數(shù)量言雀，從而增大切削工件的進(jìn)給率模譬。這種新型刀夾的開發(fā)可大大拓寬自旋轉(zhuǎn)刀具的應(yīng)用范圍。在航空航天業(yè)刚哼，需要加工大量鈦合金零件啥读，且較多采用端銑方式，通過開發(fā)小直徑刀夾丹残，可設(shè)計(jì)出小到38mm的小直徑自旋轉(zhuǎn)端銑刀然枫。通過進(jìn)一步開發(fā)具有正前角或正/負(fù)前角的自旋轉(zhuǎn)刀具夯饲，還可將自旋轉(zhuǎn)刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到鋼件和鋁合金工件的高速加工。

 　   許多人認(rèn)為自旋轉(zhuǎn)刀具的使用雾诈、維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力撑雨，但事實(shí)并非如此。除清潔刀夾外并不需要做大量維護(hù)保養(yǎng)工作陶店，在更換刀片和清潔刀夾后只需通過刀具背后的小孔加入潤滑脂即可拐云。對(duì)一把直徑254mm的13齒自旋轉(zhuǎn)銑刀進(jìn)行換刀安裝耗時(shí)不到半小時(shí)。

 　   Lamb公司表示將進(jìn)一步改進(jìn)自旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)近她，例如新的結(jié)構(gòu)將無需再對(duì)刀夾軸承加注潤滑脂叉瘩。此外，公司將對(duì)高速銑削CGI鑄鐵時(shí)刀片受熱沖擊作用產(chǎn)生的微裂紋進(jìn)行深入研究粘捎。當(dāng)銑刀片在常溫下切入工件材料時(shí)薇缅，其溫度急升至約480℃，然后在空氣和切削液作用下迅速冷卻攒磨，此時(shí)刀片極易產(chǎn)生熱裂紋泳桦。雖然刀片制造商開發(fā)了耐熱性能好的硬質(zhì)合金和Si3N4陶瓷刀片，但用自旋轉(zhuǎn)刀片高速切削韌性較好的CGI鑄鐵時(shí)娩缰，仍可能產(chǎn)生熱裂紋灸撰。

   　 目前，RotaryTechnologies公司擁有用自旋轉(zhuǎn)刀具加工非CGI材料（包括加工發(fā)動(dòng)機(jī)殼體）的技術(shù)專利拼坎；而Lamb公司在RotaryTechnologies公司協(xié)助下正致力于自旋轉(zhuǎn)刀夾系統(tǒng)的應(yīng)用浮毯，并在全球唯一擁有應(yīng)用自旋轉(zhuǎn)刀具銑削和鏜削CGI鑄鐵材料的技術(shù)專利，因此泰鸡，此項(xiàng)加工技術(shù)目前僅在Lamb公司制造的機(jī)床上應(yīng)用债蓝。

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