小刀具的大功效

作者:孙 彬 发布时间:2012-01-17
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汽车市场的竞争日益激烈,迫使汽车制造企业不断推出质量更高的新车型进行应对.

汽车市场的竞争日益激烈,迫使汽车制造企业不断推出质量更高的新车型进行应对。为顺应市场的要求,现代汽车制造不得不将生产的高质量、高节拍、高节能性、高可靠性和高经济性作为企业追求的核心价值。与此伴生的则是高速、大功率及高柔性化数控机床以及新型材料的广泛使用,并使高效、高精度加工成为当代加工的主流,令金属加工技术发生根本性的变化。而在这其中,小刀具则扮演了重要角色。

汽车刀具的需求特点

汽车制造水平的提升使市场对刀具的需求发生了颠覆性的变化。汽车品种的增多,汽车质量的提高和生产过程的广泛柔性化,使得各类高速切削、超硬及标准与非标准刀具被大量采用。而且很多汽车零部件的尺寸、形状、位置精度及表面形貌都直接与刀具有关,刀具的性能与质量直接影响到能否顺利加工出合格产品,影响到加工节拍和生产效率。毫无疑问,刀具技术水平在很大程度上决定了汽车零部件的加工水平、生产效率、制造精度和生产成本。


图1 山特维克可乐满的高精度长刃立铣刀,采用圆弧插补方式加工

汽车刀具必须具有高效、高稳定性和专用化的特点,而随着汽车产业的不断发展前进,新的要求应运而生,从技术上看,主要有重载化、复合化、特殊化、标准化、高速化及品种多元化的趋势。

首先,汽车刀具要能够适应汽车制造业加工节拍不断提高的需要,既要提高刀具的寿命,也要适应高速加工的要求,追求刀具的高稳定性和高耐磨性。

其次,汽车刀具要能够适应汽车车型快速变化的需要,即:汽车刀具要融入制造加工的工艺中,针对性强、专用性强且复合度高,是加工中的“解决方案”。

第三,汽车刀具要适应汽车制造业规模化发展的需要。汽车刀具在规模化生产中不仅仅是满足加工的要求,还要保持持续的稳定性。

第四,汽车刀具要适应汽车零部件材料的变化。汽车零部件正在朝着轻量化的方向发展,各种质量轻、强度高的新型材料在汽车零部件中的应用越来越广泛,对刀具提出了新的挑战。

第五,绿色制造越来越受到各方面的普遍重视,干加工和微量润滑技术是对汽车零部件加工的又一个挑战。

第六,刀具管理对汽车制造业的重要性、对生产效率和制造成本的重大影响正引起越来越多企业的重视和思考。如何不断探索和创新,进行卓有成效的刀具管理并达到双赢的目的,已成为汽车制造企业和刀具供应商共同探讨的课题。


图2 瓦尔特基于MODCO技术制造的新型PCD面铣刀F4050适用于高速铣削

日新月益的刀具技术

中国已成为世界新的制造和加工中心,汽车、航空航天、模具和机械等行业的蓬勃发展和兴起,给刀具行业的发展提供了巨大的市场空间。在经济全球化的趋势下,世界知名刀具制造商携其品牌及刀具来到中国,对中国的汽车制造业起到了积极的促进和推动作用。

山特维克可乐满在蠕墨铸铁发动机加工上的研究已经持续了很长时间,研究结果证明,相对于铣削和钻削工序,镗削受到的影响最大。以缸孔加工为例,灰铸铁缸孔加工大都采用镗削工艺,常用的缸孔镗削刀具复合了半精镗刀和精镗刀,半精镗一般采用陶瓷刀片,精镗采用CBN刀片。实践表明,CBN刀片加工蠕墨铸铁不仅有塑性变形,还会有化学磨损。为此,山特维克可乐满专门开发了一款全新的高精度长刃立铣刀。铣刀的刀片定位采用锯齿形设计,刀片定位安全性极高,铣刀工作时受力后不会产生微小的位移,配合精磨的锯齿形结合面,从而可以保证刀片的位置精度和重复安装精度。蠕墨铸铁发动机缸孔的加工由3道工序组成,分别是:粗镗、精铣和珩磨。所用机床为主轴为ISO50的双工作台卧式加工中心,机床具有4轴联动功能。精铣采用高精度长刃立铣刀(直径84mm,刃长156mm)圆弧插补方式加工,因为刀体及刀片制造的高精度,缸孔表面并没有接刀痕,且孔的圆度也可以满足后续珩磨的要求,因此可以省掉缸孔的半精加工工序,直接精铣之后即可以珩磨。

瓦尔特提出了全新的铣削概念,极大地提高了发动机组或变速器壳体上大面积端面铣的加工速度。有7个切削刃的可转位刀片为负型刀片,可180°旋转,实际达到14个有效切削刃。这种有多个切削刃的可转位刀片配备在F4045 Xtra·tec七面铣刀上,适用于铸铁加工,并确保最大的工艺生产可靠性。与Xtra·tec系列的所有铣刀一样,F4045同样采用了Tiger·tec Silver高性能刀具材料。所有这些特点使F4045成为此类端面铣削的新标杆。至于铝合金或镁合金工件的加工,瓦尔特开发出F4050 PCD高速铣刀,隶属于品牌 MODCO。进行细微调整只需数秒就可以切削气缸盖或者变速器箱体表面。该刀具设计保证了将噪声降到最低。刀具铝基体适用加工中心的高速加工,高强度钢制成的刀座可保证其适用于一些特殊加工。

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,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,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3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。


图3 山高的Double Octomill双面王是一款适用于粗、精加工的高效平面铣刀

刀具管理助力增效降本

在汽车发动机缸体、缸盖、框架、曲轴、凸轮轴和连杆等主要零件的加工过程中,有效的刀具管理在帮助企业提高效率、降低成本中扮演着重要角色,受到越来越多的企业关注。刀具管理水平高将有助于控制刀具成本,既能保证生产线及时得到符合要求的所需刀具,又能使库存刀具数量保持在最低的必需水平上;使得流动资金的占用及其引起的财务费用降到最低;同时还能不断进行刀具的优化和降本增效工作,并能在发生刀具非正常消耗时做出及时和快速的反应,确保生产正常进行。

在此,引用一段《刀具管理助力企业实现增效降本》一文中对汽车企业刀具管理经验的总结:

1. 刀具文件信息管理是刀具管理中必不可少的重要环节,对刀具应用起着指导性作用,是实践应用刀具中必不可少的依据,让所有的应用刀具有法可依、有章可循,是提高产品加工质量、保证生产需要、提高生产效率、降低刀具成本和降低刀具库存资金的前提条件。

2. 刀具的过程优化是有效进行刀具管理的最重要部分。由于切削加工是一个复杂的系统问题,工艺、机床、夹具、切削液及切削参数的变化都对刀具的寿命有影响,从而引起刀具本身结构形式、刀具材料及表面涂层等方面的变化。为此,在正确使用刀具的前提下,监控刀具寿命、刀具磨损量、刀具异常以及其他形式的刀具故障等来进行统计分析,选择合理的刀具加工方式、切削加工参数、刀具寿命以及加工工艺路线,加强对刀具非正常消耗的预防和控制,保证调刀一次合格率等,最终达到提高生产效率、加工质量水平和降低制造成本。

高效加工的“木桶效应”

“木桶效应”是管理学中常常用到的一个比喻。它说明这样一个道理:如果组成木桶桶壁的木板长短不一,那么木桶的容积只取决于桶壁上最短的那块木板,要使木桶能盛更多的水就要设法去改变这块木板的现状。

有关专家对汽车的制造成本进行过详细分析,认为在现代汽车零部件的成本中,刀具的采购成本仅占总成本的3%~5%,而与加工效率有关的成本将要达到80%左右。经济学家对此进行了分析,指出:如果单纯降低30%的刀具费用(比如降价),大约可以减少1%的零件制造成本;如果单纯提高50%的刀具寿命,等于降低了刀具费用并减少了换刀,也可以减少约1%的零件制造成本;而提高20%的切削参数,虽然刀具费用会有所增加,但由于降低了机床的占机时间,降低的零件制造成本可以达到约15%。

虽然刀具的采购成本只占生产成本中很小的比例,但是刀具的使用将直接影响到零件的制造成本。由于高价值设备的不断增加,人力成本的不断提升,单件制造成本也在不断提高。使用高效加工的方法能够在最大程度上发挥高价值设备的潜能,从而在总体上降低制造成本。高速机床有着更高的转速和更快的进给速度,不言而喻,它的使用能够提高加工效率。但与此同时我们必须注意到,刀具为保证数控机床的正常运转起到了关键作用,有效地发挥了数控机床的效能,为汽车零部件的高质量、高效加工提供了强有力的支持。

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