汽車制造刀具的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

 使用刀具現(xiàn)狀

    目前汽車制造業(yè)的機(jī)械加工所使用的刀具主要是超硬刀具材料,如加工高強(qiáng)度鑄鐵件，一般采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂層刀具材料制作的刀具，銑削速度可達(dá)2200m/min；加工高硅(Si)鑄鋁件采用PCD、超細(xì)硬質(zhì)合金刀具加工，其銑削速度也可達(dá)到2200m/min，鉆、鉸削速度分別可達(dá)80m/min和24m/min;加工精鍛結(jié)構(gòu)鋼件采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂層刀具加工，其車削速度達(dá)200m/min。此外，在加工各種精鍛鋼制齒輪時(shí)，則采用高鈷(Co)粉末冶金高速鋼。其表面涂復(fù)TiCN的高速鋼整體滾刀、剃齒刀，內(nèi)、外表面加工的各類拉刀，其滾削速度為110m/min,剃齒切削速度為170m/min，拉削速度為10～25m/min。?

    在刀具使用方面，主要是在數(shù)控機(jī)床上采用HSK空心短錐柄，可與各種多刃專用銑刀、復(fù)合式孔加工刀具組成高速工具系統(tǒng)，完成多工序、多工位切削加工，其高速動(dòng)平衡≤2.5G；在汽車零件的精加工生產(chǎn)自動(dòng)線上，廣泛采用自動(dòng)檢測(cè)裝置和半自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒�。如上海大眾汽車有限公司引進(jìn)的精鏜缸孔用自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒呤遣捎靡獯罄鸐arposs公司生產(chǎn)的電動(dòng)式測(cè)量?jī)x，在零件加工完后，對(duì)加工尺寸進(jìn)行測(cè)量比較，將信號(hào)送入Valenite公司提供的自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，改變漲刀量，進(jìn)行刀具自動(dòng)補(bǔ)償；采用自動(dòng)徑向進(jìn)給刀具加工缸體曲軸孔及軸承擋止推面，在一次走刀完成孔與端面的鏜削加工，可保證工件端面對(duì)孔的垂直度和兩端面的相互平行度。?

    今后的發(fā)展趨勢(shì)是，將普遍采用高速(超高速)干式切削技術(shù)。采用超硬材料制作的各類刀具、復(fù)合(組合)或各類高速切削刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)將成為刀具品種發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。其中無屑加工工藝的搓、擠、滾壓成形類刀具的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛；超硬刀具材料發(fā)展會(huì)更快，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加擴(kuò)大。?

    汽車各類零件加工工藝及所用的刀具

    孔類零件的加工

    零件的孔加工多半采用多刃復(fù)合式(刀刃機(jī)夾、鑲焊組合)結(jié)構(gòu)，以鉸、擠削代替磨削。在一次性走刀過程中完成孔的精加工，其轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min,走刀速度達(dá)1.5～3m/min,精度達(dá)5～7級(jí)，粗糙度Ra＝0.7μm,槍鉆轉(zhuǎn)速達(dá)8000r/min,Ra＝2μm。德國(guó)Mapal公司生產(chǎn)的精密鏜、鉸刀，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、超精密的內(nèi)孔精度、優(yōu)異的表面粗糙度及高的經(jīng)濟(jì)效益被汽車工業(yè)廣泛采用。Mapal刀具為單刃切削刀具，刀片采用精密研磨的可轉(zhuǎn)位刀片。在刀體上鑲有兩塊以上的支承導(dǎo)條，幾乎在刀片進(jìn)入工件切削的同時(shí)，支承導(dǎo)條也緊跟在對(duì)應(yīng)的位置起支撐作用，并吸收切削時(shí)所引起的振動(dòng)和阻力，保證內(nèi)孔圓度和圓柱度在1～3μm以內(nèi)，其孔徑公差達(dá)H6。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門導(dǎo)管孔加工中，其加工精度、表面質(zhì)量都優(yōu)于槍鉆加工。汽缸孔鏜削采用雙工位、機(jī)床主軸內(nèi)置式、軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)推拉桿機(jī)構(gòu)。往復(fù)走刀分別用于粗鏜和精鏜，鏜削速度達(dá)800m/min。?

    平面類零件的加工

    平面類零件的銑削多半采用具有密齒、過定位、重復(fù)夾緊結(jié)構(gòu)的徑、軸向雙向可調(diào)高速密齒面銑刀。銑刀直徑250～400mm，軸向跳動(dòng)≤±0.0025mm。零件裝配平面的加工是以銑代磨，粗糙度Ra＝0.7μm，不平度＜0.02mm。?

    精銑刀盤的刀片可通過偏心螺釘進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整精度達(dá)0.002mm。在中等進(jìn)給精銑加工時(shí)，采用普通刀片與修光刀片合理布置，零件表面粗糙度可明顯改善；大進(jìn)給精銑加工時(shí)，全部采用修光刀片，可獲得理想的表面粗糙度。?

    銑削鋁合金材料的工件時(shí)，采用各種規(guī)格的不等齒距的銑刀以及大的軸向與徑向前角，刀具的前刀面經(jīng)拋光處理，切削時(shí)切削力小，無振動(dòng)，表面質(zhì)量佳。?

    曲軸主軸承蓋的加工，則采用倒置、排列式機(jī)夾復(fù)合成形拉削專用刀具，安裝3種共713片可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金涂層(TiCN)刀片，進(jìn)給速度25m/min,班產(chǎn)1750件，拉削切削余量1.5～3mm。?

    在汽車的連桿加工中，其分離面漲斷工藝、雙側(cè)面臥式雙軸圓臺(tái)平面磨削工藝都是目前國(guó)外連桿生產(chǎn)普遍采用的高質(zhì)量、高效加工工藝。?

    軸類零件的加工

    汽車曲軸主軸頸、連桿軸頸的加工是采用雙工位車——拉削專用刀具。刀盤直徑為700mm，刀盤圓周裝有40片硬質(zhì)合金涂層刀片，每10片為1組，切削速度為150m/min，快進(jìn)速度為4.6m/min，徑向切削余量為1.5～3mm。此外，一些零件的軸端頭外圓柱面加工采用成形組合外圓銑、鉸削專用工具，一次走刀完成外圓和端面粗加工，替代單刃車削加工工藝。?

    齒輪加工

    圓柱齒輪加工?

    國(guó)外大多采用多頭涂層高速滾刀(切削速度110m/min以上)及徑向剃齒刀滾、剃成形，以剃代磨。大量采用數(shù)控切齒設(shè)備，大大提高了加工效率，加工精度可穩(wěn)定在7級(jí)以上；用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行硬齒面切削成為當(dāng)前的重要研究領(lǐng)域。?

    國(guó)內(nèi)100m/min以上的高速滾齒在一些合資企業(yè)應(yīng)用。珩齒、磨齒、徑向剃齒也有不同程度的應(yīng)用，但大多數(shù)是加工效率、精度及穩(wěn)定性較差，一般只能達(dá)到8級(jí)精度。?

    直齒錐齒輪加工?

    國(guó)外大量采用精鍛工藝，在精度要求高的場(chǎng)合保留切齒工藝，目前國(guó)內(nèi)精鍛工藝已獲得應(yīng)用，但在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用較少，大多還是采用切齒工藝。?

    螺旋錐齒輪加工?

    國(guó)外螺旋錐齒輪加工大都采用數(shù)控銑齒機(jī)切齒，熱處理后采用數(shù)控研齒機(jī)研齒；配對(duì)精細(xì)裝配或采用數(shù)控銑齒機(jī)，熱處理后采用數(shù)控磨齒機(jī)磨齒，較好地糾正了熱處理變形，可不配對(duì)裝配。硬齒面刮削技術(shù)在螺旋錐齒輪加工中有一定應(yīng)用。?

    Gleason、Oerlikon公司都推出了用于六軸數(shù)控設(shè)備的最新設(shè)計(jì)、分析和測(cè)量軟件，使得螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)、加工、齒形修正形成了智能化的閉環(huán)系統(tǒng)。?

    采用齒輪測(cè)量中心，由于工藝先進(jìn)、自動(dòng)檢測(cè)，使之測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、效率高。?

    發(fā)動(dòng)機(jī)幾種傳動(dòng)軸上的花鍵齒形加工采用雙工位、成對(duì)配置的搓、擠無屑加工專用刀具，一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將花鍵齒形搓擠成形。?

    國(guó)內(nèi)螺旋錐齒輪加工大多采用普通銑齒機(jī)加工，熱處理后進(jìn)行研齒。其切齒精度低，研齒的真正功能未能發(fā)揮出來。材料的熱處理變形的控制能力差。?

    一汽集團(tuán)、東風(fēng)汽車公司剛引進(jìn)的Gleason和Oerlikon公司的數(shù)控磨齒機(jī)尚未用于生產(chǎn)。齒輪檢測(cè)一般采用周節(jié)檢查儀、漸開線檢查儀、基節(jié)儀等，少數(shù)廠家采用齒輪檢測(cè)中心。?

    殼體類零件加工

    該類零件多半屬于平面、多孔位薄壁零件結(jié)構(gòu)，其剛性差，對(duì)孔位的精度要求較高，所以國(guó)外多半采用加工中心進(jìn)行加工。?

    差速器殼體內(nèi)球面的鏜削采用主軸內(nèi)置式機(jī)床，其推拉桿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏜刀頭二維成半圓軌跡移動(dòng)，疊加殼體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一次走刀完成球面成形鏜削加工。我國(guó)根據(jù)產(chǎn)品市場(chǎng)的多品種需求，已形成了由過去的大量專用組合機(jī)床的生產(chǎn)線向由數(shù)控機(jī)床和加工中心組成的柔性生產(chǎn)線方面轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行半自動(dòng)非在線測(cè)量，檢測(cè)精度較高，但效率不高。?

    磨削加工

    平面磨削國(guó)內(nèi)大多采用大平面高精度磨床，磨削粗糙度為Ra＝0.5μm，磨削速度8.0m/s。?

    外圓磨削國(guó)內(nèi)采用高精度數(shù)控外圓磨床。?

    內(nèi)圓磨削國(guó)內(nèi)采用高精度內(nèi)圓磨床，磨削粗糙度Ra＝0.2μm。?

    今后的發(fā)展趨勢(shì)是：在圓柱齒輪加工方面將解決國(guó)產(chǎn)機(jī)床的精度和剛度問題，解決刀具材料及其壽命問題，發(fā)展高速滾齒和硬齒面加工技術(shù)；發(fā)展徑向剃齒和穩(wěn)定珩齒工藝；引進(jìn)數(shù)控齒輪加工機(jī)床，提高整體加工水平。在錐齒輪加工方面，發(fā)展精鍛工藝加工直齒錐齒輪，以便提高效率，降低成本；對(duì)于螺旋錐齒輪，將逐步形成較完善的螺旋錐齒輪試制體系。對(duì)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析、試制、試驗(yàn)和生產(chǎn)準(zhǔn)備等將形成一套完備的軟、硬件環(huán)境，解決投產(chǎn)前切齒工藝的關(guān)鍵技術(shù)；具備高精度、低噪音齒輪的研制和開發(fā)能力；有效承擔(dān)新產(chǎn)品試制和小批量、高精度特殊品種齒輪的生產(chǎn)任務(wù)；細(xì)化裝配工藝，確定合理的質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)和工藝節(jié)拍，對(duì)不同齒輪產(chǎn)品的不同需求確定相應(yīng)工藝措施；齒輪試制和生產(chǎn)車間均應(yīng)配有齒輪檢測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少人為誤差。在殼體零件加工方面，將采用高速加工中心模塊系統(tǒng)加工殼體類零件，生產(chǎn)線將匹配三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或自動(dòng)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)在線檢測(cè)。在各類平面的加工方面，將開發(fā)大平面高速高精度磨床磨削平面，其粗糙度達(dá)Ra＝0.5μm；開發(fā)強(qiáng)力磨床、高精度數(shù)控外圓磨床和點(diǎn)磨削工藝磨削外圓；開發(fā)高精度內(nèi)圓磨床磨削內(nèi)圓表面，其粗糙度可達(dá)Ra＝0.2μm。