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通过切削刀具研发提高汽车工业生产效率和安全性

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-02-27  浏览次数:1186
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  汽车工业中的加工是所有制造领域中最为典型的,出于对批量的要求,汽车制造流程中许多改进工作都遵循着“以量取胜”的原则。这就是为什么在汽车加工中订制刀具的使用几乎和标准刀具一样普遍,而对于加工柔性的要求则退居次要位置。对缩短加工节拍的苛刻要求,哪怕是几秒钟的时间节省,是推动汽车加工工艺持续改进的根本动力之一,也正是这种对缩短加工时间的不懈追求,使得专用刀具在汽车加工工艺的持续优化过程中占有举足轻重的地位。

  在汽车加工工艺的进化过程中,刀具制造商不断受到来自于汽车生产厂商的压力,每过一段时期就被要求推出比现有产品更优的解决方案。现在,能够满足相同类型加工的标准刀具正被不断开发出来,并且在汽车加工应用中所占的份额越来越大,这已经是一个日益明显的趋势。更多地使用标准刀具可以降低生产成本,交货可靠性也能得到更好的保障。

  本文将着重介绍以下三个切削应用领域,从中我们将看到最新刀具不但满足了汽车制造业对于提高加工效率的要求,而且保证了加工安全性。

  车削:汽车零件的加工中车削加工使用广泛。在车削加工中,钢制的轴类和盘类零件在各种不同的条件下进行粗加工和精加工。对于零件质量的要求也是各有不同,但是对于加工节拍的要求永远是最重要的。 传统的加工过程中,为了保证工件表面粗糙度的要求,刀具的进给量受到限制,无法进一步缩短加工时间。

  铣削: 铸铁零件的铣削在汽车零件加工领域极为常见。在该领域中,缸体和壳体的接触和密封面都需进行铣削。传统的加工过程中,机床的停机和刀具的不可靠性常常降低了加工效率,特别是在粗加工和半精加工工序。

  螺纹车削:螺纹加工对质量的要求很高。一旦螺纹加工将要超差,生产就不得不停下来。螺纹加工对螺纹刀具的切削刃形状有很严格的要求,尤其是保持切削刃的准确定位。 过去,螺纹刀片在刀片槽内的定位稳定性不高是限制提高生产效率的因素。

  用新一代刀具进行车削

  在车削加工中,修光刀片(Wiper)的使用可以说是改变了“切削基本定律”。传统车削刀具的刀尖半径倾向在工件表面生成扇贝形的刀纹。 刀具进给和刀尖半径的大小与扇贝形刀纹的截面高度有直接关系,决定了车削的表面质量。修光刀片(Wiper)的横刃刮平了由刀尖生成的扇贝形刀纹的顶部。 当然车削中修光的概念也需要不断发展,通过减小修光刃的长度以避免损害加工表面形状和产生过大的切削力。 同时刀片需要控制切屑,并能像普通刀片一样直接装夹。

  修光刀片(Wiper)最初的开发目的是在车削时在保持表面粗糙度不变的同时提高进给率到常规刀片的两倍。 或者是保持进给率不变的条件下,将工件表面粗糙度提高到原来的两倍。很明显,在这两个可能性之间,可以建立进给与表面粗糙度改进的不同组合,由此带来的零件车削的生产效率的提高是相当可观的。

  修光刃技术的原理是基于大的刀尖圆角半径由一系列较小的圆角半径拟合而成。对常规刀片切削刃的刀尖都有一个圆弧半径。 正因如此,修光刀片必须符合常规ISO刀片的标准,它也有一个名义刀尖圆弧半径尺寸,并在各种加工应用中,这个圆弧半径尺寸是相同的。 此外,修光刀片必须易于装夹和使用,在编程和刀尖半径补偿方面无需进行任何大的改动。

  第一片用于车削的修光刀片是由山特维克可乐满于1997年首先推出的。这款刀片采用了用于粗加工的刀片槽形,以保证刀尖的强度。同时这款刀片有足够长的修光刃,以便使用更高的进给量。 切削刃口与工件的接触长度必须用恰当的断屑槽槽形进行平衡,以实现平稳的切削和较低的切削力。

  接下来,新的修光刀片类型是为精加工而开发的,对切削量的限制更加严格。在中等类型加工的刀片槽形基础上,这种刀片具有更锋利切削刃,更大的正前角,在高进给率条件下足够安全可靠。 两个第一代修光刀片(WM 和 WF)有相似的工件表面粗糙度形成特性,但是两者槽形不同,对刀具寿命影响特性也不同。

  与同规格的常规刀片相比,第一代修光刀片的切削力仅仅只提高了约5%,这意味只有在极端不稳定的情况下,才会受到修光刃槽形的负面影响,例如细长轴的车削,即使是使用采用常规刀片,并按照推荐切削参数也要特别小心。 修光刀片的大进给率对某些工序可起到稳定作用,并可以通过选择更小的刀尖来克服振动趋势。

  伴随修光刀片被广泛应用和对表面质量测量评估,修光刀片会引起振动的印象随之改变。与常规刀尖产生的光亮表面相比,修光车削后表面发暗的外观变得与高表面质量相联系起来。 更大的修光刀尖半径在车削工序中可获得非常满意的稳定性,也使Wiper 槽形成为各种工件材料的普通车削的首选精加工刀片。

  修光刀片在车削中还有另一个重要的效用: 在许多工序中能改善断屑。 部分原因是因为Wiper 槽形设计为低进给率下具有良好的切屑控制性能和高进给率下具有平稳的断屑性能,这样在各种应用范围排屑控制都是最优的。

  最近,用于车削的修光刀片又需要新的发展,特别是在汽车工业中。部分原因是在高的进给率情况下,第一代修光刀片生成的表面质量有不足之处。加大修光切削刃的名义半径吻合了生产中对表面质量的要求。 然而对研发工作而言,其挑战是高进给率所需要修光刃的实际长度受到限制。

  如今,经过精心设计的新一代修光刃技术正确地将名义半径与拟合半径的数目和大小相组合,该组合保证了正确的修光效果以及修光刃同其余切削刃部分的圆滑过渡。 新的修光刃结构的关键所在是切削槽形与和断屑槽形的完美组合,从而获得最佳的切削效果。

  新一代修光刃技术必须提高工件表面粗糙度,进给率应至少等同现在的水平。任何由新的修光刀片产生的振动趋势必须低于第一代修光刀片。 新的修光刀片发展的结果,创造了新的修光刃槽形WMX。新的修光刃槽形WMX 表现出减少振动倾向的优良切削效果,可以通过监听加工中产生的噪声水平上被发现,也可以从加工中产生的切屑的形状观察到。

  新一代修光刃槽形 WMX与原来的修光刀片或者汽车工业中许多车削工序使用的标准刀片相比有着更广范的应用领域,同时覆盖了的原来刀片的应用范围。使用更大的进给率将开发出提高生产效率的潜力 - 可以缩短加工时间30%。 如果采用工件表面粗糙度作为更换刀片的标准,新一代修光刃槽形 WMX延长了刀具寿命,这是由于刀刃磨损得到明显改善。 新的修光刀片符合ISO标准刀片的基本形状,易于装夹和使用。作为开发新一代修光刃槽形 WMX的初衷,提高加工工件的表面粗糙度水平,新的刀片WMX刀片已经表现出在最大进给率下获得更好的表面质量(Ra 0.8)。 在稍低进给率时,WMX可以生成低于Ra0.5 的表面粗糙度。

  已有的第一代修光刀片(WM和 WF)将继续作为WMX的补充槽形存在。WM槽形带有一个坚固的切削刃,当对零件进行断续切削时,它是更安全可靠的解决方案;WF 适合精加工,例如切深小于0.5 mm时,或需要更锋利的切削刃时以及在精加工中改善排屑控制时。

  修光刃的设计目的和加工效果取决于切削刃是否与进给方向平行。在某些切削应用中,修光刀片有轻微的缺点,需要作编程调整。在零件有大于5度的锥度时,修光刃切削刃仍然可以进行切削,但是却没有其优秀的修光效应。为了获得相同的表面质量,进给率必须调低到常规刀尖半径刀片的推荐值。

  同样的在反车加工时,修光刃切削刃不能充分吃刀,因此进给率必须从修光刃的高进给率减小到常规刀尖半径刀片的推荐值。 作为这些变动进给率的手动输入的替换方法,目前有一个编程软件可以支持以上应用。

  车削加工中的大部分是外圆车削和端面车削,这意味修光刀片可以显著地缩短切削时间、提高表面质量和改善排屑以及通过坚固的切削刃增加安全性。评估手头的车削工序,看看使用修光刃技术的可能性,然后用修光刃技术优化工艺,可以获得大量益处。淘宝网女装春装新款去皱眼霜补水哪种眼霜好眼膜什么去屑好毛孔眼影眼蜜眼釉哪个牌子的好

  在普通车削工序中,在相同的刀柄上,将常规刀片变换成修光刀片就可以在保持出色、一致的表面质量的同时,直接缩短加工时间。 新一代修光刀片WMX真正发展了修光刃技术,同时对高稳定性要求没有特殊限制,具有高进给时平稳的断屑作用,是首选且万能的解决方案。

  铣削 - 从粗加工到精加工

  铸铁铣削是发动机和壳体类零件制造的重要部分。在发动机制造中,正确的几何形状、良好的表面光洁度和以及全面质量保证中的零废品,都是绝对重要的目标。 然而面对日益增加的成本压力,它们都黯然失色。为了满足以上所有要求,我们需要可靠高效的刀具和解决方案,例如缸体和缸盖各平面的粗铣和精铣。

  对于铸造厂或其他一级分包商来说粗加工通常是毛坯加工的一部分,金属去除率是最重要的因素。 精加工集合了所有对高效率、高可靠性和高质量的要求,其中很具挑战性的工序之一是燃烧面的面铣削,它常常是完成缸体形状加工的最后工序。

  在汽车工业中,铸铁是被广泛应用的工件材料。 灰口铸铁仍占主要地位,按重量计,它是球墨铸铁和其它种类铸铁的数倍。 最近,材料和生产的不断发展帮助扩展了蠕墨铸铁(CGI)、回火球墨铸铁(ADI)和一系列合金铸铁的使用,增加了铸铁加工材料的范围。 铸铁缸套也可与铝合金缸体组合,双金属使铣削加工变得更为困难。

  为了提高加工工艺的生产效率和可靠性,一系列铸铁铣削解决方案近日已经推出。

  山特维克可乐满很早就领先推出了用于自动线的汽车专用铣刀和盖帽式铣刀进行大规模生产中的铸铁铣削。 最近,越来越多的柔性线或单台加工中心用来加工小批量铸铁零件和汽车零件,即意味着80%的铣刀直径都在63至160 mm范围内。 这反映了现在的铸铁铣削日益形式各异,既有小型加工中心上的小批量、轻型加工,又有大规模生产中自动线上或重型加工中心上的粗加工和精加工。

  在开发新的用于粗铣和半精铣刀具的过程中,所要达到的目标包括刀具进给的范围、切削力、工件破损、毛刺形成、表面质量和噪声大小等方面的改进。

  改进是从将主偏角从常规的45度提高到65度开始的,这带来了例如铣刀有更轻快的切入,可以更靠近夹具加工等方面的优点。 但是,稍大的主偏角加大了刀具切出时工件崩边的趋势,这是因为大的径向切削力和铸铁材料中片状石墨结构产生效应的原因。 事实上,更换刀具判断标准常常必须按照工件崩边的极限来设置。 因此,为了应对大主偏角可能带来的崩裂效应,已经设计了新的65度刀具的刀片槽形,这种槽形可使刀具退出切削时更为有利。

  此外,八个切削刃上的新槽形也使得切削力更朝向刀片的支撑定位面。同时部分刀片槽形构成八个正前角的切屑形成器,它们以最佳的方式定位在支撑刀片的两个面上。

  虽然铸铁加工中切削力比较低,但是常因大接触面铣削时切削力分布在尽可能大的面积上而被高频放大,所以铸铁切削时刀具和刀片良好的支撑就变得至关重要。 65度刀片的刀片槽有着良好的径向和轴向支撑面,并一直延伸到刀片的切削刃, 这就使刀片能应对重载切削和抵抗变形,因此刀具在很长的使用寿命期间具有高的切削安全性。

  对于这种新型铸铁面铣刀 CoroMill 365,面铣刀刀体有超大的刀具支撑面,使铣刀能从机床主轴获得最大的法兰支撑,增加了稳定性。 使用螺钉夹紧刀片使刀具处理变得方便,对于超密齿距刀体则使用楔块夹紧方式。 冷却液是铸铁切削的必然组成部分,新的面铣刀刀体具有贯穿的冷却液通道,使冷却液可以直达每片刀片,以保证最大的冷却效果。

  提高进给率和表面质量是刀具必需的特性,这些特性要求超密齿距、刀片切削刃的轴向安装精度以及修光刀片。 在提供高切削安全性的同时,还需满足这些不断提高的性能要求,这已经在将已验证的铣削刀具概念集于一身的新型切削刀具的发展上得以成功实现。

  现在,具有可更换刀夹的CoroMill面铣刀产品系列为铸铁和铝缸体、缸盖和壳体提供了半精加工、精加工以及粗加工解决方案。 当刀具齿距、精度、夹持和可靠性是决定性因素时,基于像CoroMill 245和Century这样成熟概念的刀夹式铣刀已经获得广泛承认。

  刀夹设计以及刀片的定位、可调和锁紧对加工性能和操作性能形成显著差异。 在标准和订制刀体上使用标准刀夹可提供更多的有效齿数 - 这对提高生产效率和表面质量是至关重要的。每个刀夹轴向位置的控制决定了表面质量和刀体的一致性,确保任何替换刀体或姊妹刀体的使用水平。因此,刀体上刀夹严格的位置限制和稳定性与良好的粗调和微调相结合,是刀具性能的基础。良好的设计精度,与刀夹的齿形接口、极小跳动的刀片定位以及修光刀片技术相结合,使新型铣刀的性能和质量一致性达到了一个新的水平。

  刀夹的可互换性大大提高了安全性、耐用性,降低了大直径刀具的成本和库存。 切削时大直径刀具的重量是一个问题,因此CoroMill Century铝质刀体的存在使得刀具的更换和夹持更为便利。部分刀夹式铣刀曾遭遇已加工表面质量因切屑而损伤的风险,而现在 加速的冷却液从每个刀夹上新型设计的独立冷却口强行冲出,将切屑高效地冲离加工区域,极大地提高了加工安全性。

  很多汽车铣削工艺是敏感的且主观的,因此在投资代表着很大的刀具成本的大直径刀具时,确保有充足的刀具备选项存在是非常重要的。 通过在CoroMill刀夹上采用标准的CoroMill刀片刀片槽,许多不同的刀片类型就可以用于大直径铣刀,包括在几个位置使用修光刀片。 这意味在刀夹这个刀具平台上刀片的选择许多,从最新一代的涂层硬质合金牌号(与特定槽形相结合),到更专用的刀具材料例如氮化硅陶瓷、立方氮化硼和PCD刀片。 这样大直径刀具可视现有的应用而优选。这为刀具选择和组合使用增加了灵活性,更容易地找到最佳加工解决方案。

  CoroMill 365 面铣刀和大直径面铣刀的可换刀夹概念代表了两个重要的面向汽车工业的加工技术的进展。

  采用I-Lock 技术进行螺纹车削

  当提到在螺纹车削中产生的问题,可转位刀片的微位移被认为是事故常见原因之一。 切削刃在切削过程中的轻微移动往往会导致过早缩短的刀具寿命、无性能一致性和不能令人满意的加工效果。

  但是,最近刀片技术有了新的突破,找到了使刀片精确定位在刀柄上的方法,已经实现了切削刃稳定性的惊人改变。该项突破为更硬、更耐用的刀片材质开启了一扇大门,可靠地缩短了加工循环时间。

  在螺纹车削中,导致性能不佳和加工结果不理想的许多问题通常起因于对常见金属切削基本因素的疏忽,例如:刀具悬伸的最小化、刀具稳定性的最大化、切削刃的对中、最适合切削参数的应用以及选择最适当的刀具和加工方法等。螺纹车削的其他具体问题包括每次走刀的切削深度、径向进给的不同方法以及为获得足够大的刃后角所需的刀片倾斜角,这需要根据螺纹齿距和直径以及螺旋升角来确定。

  作为螺纹最典型的特点,螺纹牙形和齿形误差是螺纹加工中导致质量不合格的最常见原因,也可能是由于公差或表面粗糙度不合格所导致。 当出现这种情况时,切削刃的使用寿命通常是过早地结束了。到目前为止,形成不正确螺纹牙形的主要原因之一是刀片在刀柄上缺乏稳定性。

  刀片的微移动也会带来一些不利后果而导致刀具寿命缩短,其中一个主要的后果就是切削刃的崩刃,特别是在刀尖半径处。通过选择替代的夹紧螺钉,例如通常必须用U型螺钉代替快换螺钉,可以在一定程度上改善稳定性。 但是直到目前,仍然难以解决刀片在刀片座上的完全固定。

 
 
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