汽車工業(yè)平面銑刀的發(fā)展

    在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，平面銑削應(yīng)用極為普遍。為適應(yīng)汽車工業(yè)的需要，工具制造廠商也推出了銑削鑄鐵及其它材料的銑刀和刀片系列。這些刀具、刀片使得加工效率和零件表面質(zhì)量都得到大幅度的提高。 

    在早期的汽車生產(chǎn)線上，每個(gè)工位要在固定的節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)工序的加工。然后，工件被傳送到下一工位，這種傳送只能等最慢的工序加工完成才能進(jìn)行，這時(shí)每道工序的切削速度、進(jìn)給量、走刀次數(shù)都是固定不變的，某一道工序需要換刀就要整條生產(chǎn)線都要停下來，因此刀具壽命對(duì)生產(chǎn)效率的影響非常突出。Valenite公司產(chǎn)品發(fā)展部經(jīng)理Reiterman提出：刀具壽命為半個(gè)班、一個(gè)半班都是不好的，刀具壽命能穩(wěn)定地達(dá)到一個(gè)班，使換刀在下班之后進(jìn)行是最起碼的要求。下一個(gè)目標(biāo)才是增加刀具壽命到2、3或4個(gè)班。 

    選用高硬度、高強(qiáng)度的刀具材料，再附以適當(dāng)?shù)耐繉�，是延長(zhǎng)刀具壽命的首要措施。但是，Reiterman認(rèn)為，改進(jìn)刀具幾何形狀，也是增加刀具壽命的重要手段，特別是銑削鑄鐵時(shí)。他指出，在汽車工業(yè)中，加工一系列合金鑄鐵，包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵和高密度球墨鑄鐵。這些鑄鐵都有不同的加工特性，其中灰鑄鐵含有網(wǎng)狀硬組織，表現(xiàn)為脆性，加工時(shí)，刀具易產(chǎn)生崩刃；球墨鑄鐵和高密度球墨鑄鐵有一定塑性，可產(chǎn)生鐵屑，但刀具切出時(shí)，工件也會(huì)產(chǎn)生“翻邊”，導(dǎo)致刀尖損壞。Reiterman還指出，同樣的工件鑄造過程不同，其加工性能也不同。例如，薄斷面、快速冷卻會(huì)使鑄件產(chǎn)生特硬、難加工的表面。另外，加工性能也可能因鑄造的批次不同和配料的批次不同而有所不同。 

    Valenite公司新開發(fā)的用于加工鑄鐵的QC銑刀刀片，它有四個(gè)切削刃，刀刃帶有正前角，主切削刃與副切削刃間有幾種刀尖圓弧可供選擇，在副切削刃處專門設(shè)計(jì)了修光刃。 

    當(dāng)精銑或淺切深銑削時(shí)，刀尖圓弧的大小至關(guān)重要。在這種情況下，刀尖圓弧半徑應(yīng)比切削深度大些，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)刀尖圓弧與工件間的主偏角，它對(duì)加工鑄鐵時(shí)避免刀尖崩刃起到很好的作用。鋒利的刀刃對(duì)于加工鑄鐵時(shí)的振動(dòng)很敏感，極易產(chǎn)生崩刃。因此，刀尖圓弧和主偏角處的刃口要珩磨修圓。另一方面，修光刃的作用是為了去除進(jìn)給刀痕的“波峰”，珩磨降低了修光刃的切削能力——使它變得不鋒利了，會(huì)使加工表面有擠光的跡象。QC刀片的前角是正值，可以有效地降低切削力，利于排屑。可以根據(jù)工件材料的特性，方便地訂制最適宜的銑刀刀體，達(dá)到減小切削力、減少熱量堆積、延長(zhǎng)刀具壽命的目的。在不同鑄鐵銑削過程中，使用QC刀片，其刀具壽命可增加30％～200%。 

    Iscar公司開發(fā)的用于汽車工業(yè)的Auto2000銑刀 

    汽車生產(chǎn)從使用古老的剛性生產(chǎn)線到目前先進(jìn)的柔性制造系統(tǒng)，完成了數(shù)字化轉(zhuǎn)變。而對(duì)于汽車本身，則出現(xiàn)了能源多元化的發(fā)展趨勢(shì)。這一變化直接影響到汽車結(jié)構(gòu)和汽車零件材料的選用。因此，汽車制造業(yè)正在尋求既能方便使用又能適應(yīng)多種金屬材料的刀具。為此，Iscar公司發(fā)展了一個(gè)新的汽車工業(yè)專用銑刀系列，該銑刀系列稱之為Auto2000銑削系統(tǒng)。其特點(diǎn)是，定位刀片軸向高度的刀片座環(huán)是精磨過的，這樣可大量節(jié)省刀具調(diào)整的重調(diào)時(shí)間。刀具可用于精銑、半精銑灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和汽車業(yè)常用的球墨鑄鐵。采用最大的切削深度為5mm。刀片為八角形，每個(gè)刀片有16條切削刃，軸向有正前角的卷屑槽，減小了切削力。另外，刀尖后部帶有修光刃，可提高工件的表面質(zhì)量。 

    在模塊式生產(chǎn)線或柔性加工單元(FMC)上，借助數(shù)控技術(shù)調(diào)整切削參數(shù)是很容易的，這樣更有利于充分發(fā)揮先進(jìn)刀具的全部潛能。Kennametal公司銑刀部經(jīng)理Marshall說，對(duì)于銑削灰鑄鐵，要獲得最高生產(chǎn)率，氮化硅是最佳選擇。即使在760～1370m/min的切削速度下使用，其進(jìn)給速度和刀具壽命仍可與硬質(zhì)合金相比。 

    全國(guó)精密產(chǎn)品公司(NPP)試用Kennametal公司的氮化硅Kyon3500制成的Fx-perfect刀片后，認(rèn)為與硬質(zhì)合金刀具比較，進(jìn)給量提高了3～4倍后，刀具壽命仍有所提高。比如，用φ25.4mm整體硬質(zhì)合金立銑刀，一次重磨可加工300件，用φ76mm裝有Kyon3500Fix-perfect刀片的面銑刀時(shí)，加工超過2000件／刃或16000件／片。 

    據(jù)NPP公司介紹，球墨鑄鐵比灰鑄鐵難加工，需要對(duì)切削速度進(jìn)行調(diào)整。在每齒金屬切除率與加工灰鑄鐵相同的情況下，加工球墨鑄鐵，其切削速度為v=730m/min，加工灰鑄鐵，切削速度為v=914～1219m/min。氮化硅Kyon3500刀具材料性能優(yōu)越，雖然其價(jià)格比硬質(zhì)合金貴，但生產(chǎn)率提高帶來的效益遠(yuǎn)勝于刀具費(fèi)用的增長(zhǎng)。關(guān)鍵是機(jī)床功率和剛性要足夠。雖然陶瓷刀具用于銑削可達(dá)到很高的切削速度，刀具壽命也很長(zhǎng)，但是如果切深達(dá)到3.8mm，機(jī)床功率就是達(dá)到20馬力也帶不動(dòng)。因此只能降低一點(diǎn)切削速度，這樣做并沒有充分發(fā)揮出陶瓷的優(yōu)越性能。 

    銑刀幾何角度的改進(jìn) 

    根據(jù)NPP公司的經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)床功率不足時(shí)，正確地選擇刀具的幾何角度，也能擴(kuò)大低功率機(jī)床的生產(chǎn)能力。比如，按傳統(tǒng)，加工鑄鐵的銑刀帶有負(fù)的軸向和徑向前角(雙負(fù)角銑刀)，這種負(fù)的幾何角度使刀刃比較牢固。相反，正負(fù)角銑刀(軸向正前角、徑向負(fù)前角)切削平穩(wěn)，也降低了機(jī)床功率要求，更便于采用先進(jìn)的刀具材料。 

   根據(jù)刀片的牌號(hào)和用途，銑刀刀片的刃口可以是鋒利的，也可以磨出0.013～0.076mm的倒棱。對(duì)于Kyon3500陶瓷刀片是磨出一個(gè)20°的倒棱，倒棱寬度為0.2mm，以防刀刃在高速下被切屑打壞。 

    Kennametal公司的Fix-Perfect系統(tǒng)是一個(gè)不同正負(fù)角組合的產(chǎn)品系列。其特點(diǎn)在于：刀片正的徑向前角和負(fù)的軸向前角具有與正負(fù)角銑刀(軸向正前角、徑向負(fù)前角)相反方向的剪切作用。由于刀片采用立裝型式，刀刃的下部有較強(qiáng)的實(shí)體支承，增加了刀刃強(qiáng)度。負(fù)的軸向前角使切削力向著主軸，銑刀工作穩(wěn)定。而且，負(fù)的軸向前角能使最早切入工件的“沖擊點(diǎn)”離開刀尖，對(duì)刀尖起保護(hù)作用。 

    Fix-perfect銑刀帶有刮光刀片，可用于粗銑和精銑。表面粗糙度可達(dá)32(輪廓均方根偏差值)，這樣可減少一次精銑加工，也減少了循環(huán)時(shí)間。 

    刀具要適應(yīng)汽車各類零件材料的變化 

    由于鑄鐵的堅(jiān)硬性和很高的抗壓強(qiáng)度，并且能鑄成很復(fù)雜的形狀，所以一直是用于制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)箱體和其它零件。后來在CAFE(Corporate-average-fuel-efficiency)等的推動(dòng)下，開始在輕型運(yùn)載工具上減少重合金的用量。1980年，按照美國(guó)鑄造協(xié)會(huì)規(guī)定，家用汽車控制在600磅鑄鐵，到1999年，其平均值降了近一半，達(dá)到325磅，預(yù)計(jì)2006年降到230磅。另一方面，制鋁業(yè)分析預(yù)測(cè)，汽車鋁件的應(yīng)用在5年內(nèi)將上升50%，從2000年的250磅/輛，到2005年將達(dá)到380磅/輛。 

    在大量生產(chǎn)中加工鋁件，需要用聚晶金剛石(PCD)刀具。加工時(shí)產(chǎn)生的切屑是PCD刀具損壞的主要原因。 

    要保持PCD刀具切削刃的完整，最好是使切削負(fù)荷均勻分布到每個(gè)銑刀刀齒上。因此，精密調(diào)整(特別是軸向)是延長(zhǎng)PCD銑刀壽命的重要手段。如Ingersoll銑刀的Flex-Lok刀墊能允許對(duì)立裝刀片進(jìn)行精密調(diào)整，然后用桶形螺釘把刀片固定。這樣，銑刀上每個(gè)刀片的負(fù)荷是均衡的，從而可獲得最長(zhǎng)的刀具壽命。 

    加工鋁合金對(duì)刀具幾何角度有特殊的要求，航空工業(yè)用鋁合金，因其粘性大、硅含量低，所以應(yīng)采用大的正前角刀具；對(duì)于汽車工業(yè)用含硅量高的鑄造鋁合金，就不必用太鋒利的正前角，而應(yīng)以穩(wěn)定、耐用為主。因此，大多數(shù)的汽車制造廠商加工鋁合金，都選用較小的軸向和徑向正前角。 

    另外，現(xiàn)在有些汽車零件采用淬硬加工，以提高生產(chǎn)率和降低成本。如加工淬硬的黑色金屬，可選用裝有CBN或陶瓷刀片的銑刀。