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刀具发展给发动机制造技术带来新突破

2017-6-8 11:59| 发布者: xiepengfei| 查看: 14| 评论: 0

摘要: 当汽车在高速公路上飞奔驰骋的时候,这一路的光鲜亮丽外表之下,谁才是真正挑大梁的主角?被称为汽车心脏的发动机,当之无愧。作为汽车动力的源泉,发动机直接影响着汽车的油耗、排放和动力性能,发动机的制造技术也 ...

当汽车在高速公路上飞奔驰骋的时候,这一路的光鲜亮丽外表之下,谁才是真正挑大梁的主角?被称为汽车心脏的发动机,当之无愧。作为汽车动力的源泉,发动机直接影响着汽车的油耗、排放和动力性能,发动机的制造技术也最具有行业代表性。

中国的汽车制造技术正向着高速、智能、复合和环保方向发展,其中尤以发动机制造技术为代表,这对切削工具提出了很高的要求,如何为汽车及零部件制造企业提供优质的产品,并且能最大限度地降本增效,同时提供完整的切削加工整体解决方案,成为广大刀具供应商探究的新课题。

近几年,各大刀具商积极研发新品,刀走偏锋的速度堪比百米冲刺,这不仅是为了彰显各自的刀具特点,更多地是为应对市场需求,满足客户真正的要求,这是降本增效最根本的解决之道。同时,新型的硬质合金刀具被广泛使用,CBN(立方氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)刀具和陶瓷刀具等代表当今技术发展水平的超硬刀具在汽车制造业中的应用越来越多,各种组合式刀具和复合刀具的开发更成为业内呼声最高的解决之道。一把复合刀具通常能完成两种或多种工序的加工,并且由于进行了专门设计,能够达到与单一功能刀具相同的加工质量水平。使用复合刀具,不但可以减少换刀次数,提高刀具使用寿命,而且又节约成本,最重要地是能大大提高生产效率。与此同时,发动机及其关键零部件制造技术及加工工艺的合理化改进,在加工方法上精益求精,成为降本增效另一个有效的解决之道。

刀具产品的推陈出新

山高作为一家全球知名的刀具供应商,同时也是一个制造工艺及技术的领先者。山高在汽车零部件加工方面积累丰富经验的同时,也时刻秉承着“成为客户战略合作伙伴”的理念,想客户所想,为客户在提高加工效率方面做了很多努力,研发了大量针对汽车零部件加工的典型刀具。

图2  气门阀导管孔和阀座孔加工刀具

作为汽车发动机的核心部件,缸体和缸盖的加工需要完善和高效的刀具解决方案。在加工大型铸铁发动机缸体时,金属去除量特别大,同时为了保证高效的生产节拍,使得刀片消耗巨大。针对这种情况,山高最新推出了面铣刀R220.48 Double Octomill(双面王铣刀),刀盘具有正常齿距、多齿和密齿三种不同齿距,以方便客户根据机床功率选择合适的刀盘。双面王铣刀的刀片采用正前角设计,切削轻快,可以有效地降低功率消耗。刀片采用山高最新的Duratomic(金刚甲)镀层技术,保证刀片具有更高的韧性和耐磨性,每个刀片有16个切削刃,具有无可匹敌的经济性和通用性。

作为发动机的另一重要部件,连杆与曲轴和活塞销配合的孔要求具有很高的精度,多采用粗镗、精镗、铰孔和抛光的加工工艺,其中铰孔精度和难度最高。山高为此推出的新型铰刀X-FIX,采用模块化的可换刀片式结构,直径覆盖范围40~155mm,能获得IT6级公差,IT8及以下的精度无需调整,非常易于使用。与同类型刀具相比,X-FIX的齿数更多,包括3、5、7和9四种齿数,大大提高了加工效率。其专利的浮动导条减少了刀具的振动,使加工更加稳定,且不受长径比的限制。独创的专利刀夹设计提高了加工的可靠性和稳定性,即使发生撞刀,也只需更换刀夹,极大程度地保护了刀体,大大降低了加工的成本。

复合刀具的推广使用

发动机缸体气缸孔的加工精度高,一般要求尺寸精度达到H7以上。而有的缸孔精度要求更高,还有严格的CPK要求,加之缸孔数量多,因此加工时间较长,加工时一般要分“粗镗-半精镗-精镗”三步加工完成。例如,某客户需要加工一铸铁缸体,为节约加工时间,山高将半精镗和精镗复合在一把刀具上(见图1),用两个小刀夹完成半精镗,用一个带微调功能的精镗单元完成精镗,粗精镗均采用PCBN刀片,可以用很高的切削速度加工。为获得较高的表面光洁度,精镗刀片采用山高专利的螺旋修光刃技术,不仅提高了刀具寿命,而且降低了振刀的可能性。该刀具可以在vc=800m/min、Fn=0.3mm/r的切削参数下加工出满意的孔,并且获得很高的刀具寿命,完全达到了规模化、大批量生产以及严厉的工艺要求。

发动机缸盖气门阀导管孔和阀座孔的同轴度要求很高,为保证加工质量,山高采用复合刀具的加工方案,在压套后将导管孔和阀座孔一次性加工完成。该方案刀具如图2所示,导管孔加工采用焊接PCD刀具,阀座孔加工采用PCBN刀片。该刀具采用分体式设计,前端刀具用热装的方式安装到后端刀体上,定位精度高,夹紧力大。PCBN刀片利用山高专利的高速钢刀垫安装在后端刀体上,在刀体和刀垫上分别设有调节装置,便于调整刀片的轴向尺寸和倾斜角度。采用了这种结构之后,常规的导管孔和阀座孔的加工可以一次加工完成,既提高了加工效率,又保证了加工精度。


图3  山高的非标枪铰刀

汽车变速器壳体上有很多在同一轴线上的台阶孔,这些孔的同轴度要求一般小于0.02mm,圆柱度小于0.01mm,此外还有严格的尺寸精度、表面粗糙度等要求,为提高该类孔系的加工效率和精度,较多采用复合刀具的解决方案,用一把刀具解决孔系的加工,效果显著。该方案刀具如图3所示,将三个精镗单元复合在一把刀具上,一次性完成前端两个台阶孔的精镗和后端外圆柱面的套镗,在保证所有工艺要求的同时,显著提高了生产效率。

加工方法的灵活应用

复合刀具的应用可以使实际的加工操作得心应手,但在加工方法的选择上做适当的调整也可以达到事半功倍的效果。以凸轮轴孔系加工中的直列四缸1.8L铝合金缸盖为例,具体加工精度要求如表所示,其加工难点是:孔系很长,如果通过工作台回转掉头加工,转台回转误差和机床重复定位误差很难消除;另外还包括操作者设定加工坐标系之类的人为误差,即使掉头加工,刀具仍然很长,无法稳定保证同轴度要求。而一头加工,刀具长径比近20倍,用常规的镗、铰方法更是无法实现。

常用的加工方法有两种:

1. 在专机上用线镗刀加工

通过在专机上增加支撑导套来解决刀具过长的问题,线镗刀正、反走刀来实现半精和精加工,保证了同轴度。此法效率较高,但通用性差,在柔性设备上实现比较困难。

2. 在加工中心上使用山高非标枪铰加工

枪铰工艺分为两把铰刀加工,一把是导引铰,一把是枪铰。导引铰比较短,刚性好,刀体前部一般有一个可调式铰刀片;枪铰很长,前部有两个可调式铰刀片,前后各一,其中第一个刀片加工直径尺寸与导引铰尺寸一致,第二个刀片是成品尺寸;刀片之后是三根金属陶瓷导向条,一直延伸到刀体柄部,如:导引铰刀片做成φ22.7H7,枪铰第一刀片尺寸也为φ22.7H7,第二刀片尺寸为φ23H7。加工时,首先用导引铰加工出一档凸轮轴孔,用此孔作为枪铰的第一刀片的支撑导向孔,第二刀片进行切削,以保证加工稳定。枪铰精加工第二档孔时,用加工好的第一档孔作为枪铰刀体上三根金属陶瓷导向条的支撑孔,从而保证切削稳定,以后3档凸轮轴孔同理。这样,通过刀具自定位的方法,解决了刀具刚性不足的问题,同时也充分保证了各档凸轮轴孔之间的同轴度。由于此法对工装要求低,可以在柔性加工中心上使用,通用性很强,因此被越来越多的厂家所接受。

售后服务的及时跟进

山高的使命是通过高性能的产品和服务提供解决方案,与客户进行深度合作,提高客户的竞争力。因此,在加工工艺和解决方案的提供上,山高与客户保持及时、深入的沟通,详细地了解客户的真正需求,以实现客户降本增效的目标为己任,为客户制定最优化的刀具解决方案。

2004年成立的山高CET(Component Engineered Tooling)项目部,为客户的新投资项目提供完整的刀具解决方案,被誉为“客户可信赖的工艺师”。CET的建立,是将单纯的价格比、性能比竞争转为市场扩张的竞争。本着为客户降本增效的首要原则,山高根据客户的实际加工特点,先与客户沟通,之后提供完整的刀具解决方案,再提供山高的刀具进行试用,根据试刀过程中的切削参数及刀具寿命提供生产率成本分析(PCA)服务,最后由CET及技术工程师共同完成交钥匙工程,山高的全程服务意识、高效的服务水平深得客户的好评。

在汽车零部件的大规模生产中,客户现场需要备用大量的刀体和刀片,以满足不停机的工序和批量化生产,由此刀具仓储费用随之攀升,所以客户都迫切希望找到一种降本增效的途径。2009年山高刀具(上海)有限公司投资成立的上海英瑞拓刀具管理工程有限公司,正是满足了这种市场需求应运而生的产物。上海英瑞拓刀具管理工程有限公司根据客户的需求,给出整体解决方案并提供成套服务,包括刀具采购、库存管理、修磨、清洁调整和配送等。刀具管理的模式,如同为刀具用户建立起了两点间距离最短的那条路径,使客户避免走弯路,更重要的是能减少初期投入、库存资金和管理成本,实现生产的最优化和精益化。

山高素以“产品类别齐全”著称,更以“客户满意”为宗旨,提供最专业的技术支持和最优质的技术服务,同时,更注重根据客户的需求不断创新,为客户提供最完整的刀具解决方案。因此,无论是标准刀具领域,还是复合刀具领域,山高时刻做好充分的准备,来应对客户对保证加工质量、节约加工成本以及提高加工效率的追求,并能提供及时有效的现场技术支持,与汽车制造企业形成良好的合作伙伴关系,以达到双赢的目的。




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