汽車零部件正朝著輕量化方向發(fā)展

    汽車零部件正在朝著輕量化的方向發(fā)展。研究表明，一輛轎車的質(zhì)量若能減少10%，則其燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3%～4%，同時(shí)汽車的排放也會(huì)降低。為此，各國(guó)的汽車制造廠家為了使發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化、高速化、高功率化，并且有較高的耐久性，各種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的材料在汽車零部件中的應(yīng)用越來越廣泛。鋁合金的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體已經(jīng)成為汽車輕量化的*，蠕墨鑄鐵、超級(jí)合金等也在汽車制造中占據(jù)一席之地。這些都對(duì)刀具提出了新的挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)鋁合金，尤其是高硅鋁合金的應(yīng)用，金剛石刀具的應(yīng)用越來越多。這里所說的金剛石刀具，既包括焊有金剛石片的刀具，也包括金剛石涂層的刀具。德國(guó)賽利公司提供的一種商品名為CCDia的納米結(jié)構(gòu)金剛石涂層，就對(duì)高硅鋁合金的加工提供了一個(gè)*的解決方案。而肯納金屬也推出了一種不含粘結(jié)劑的純金剛石涂層產(chǎn)品KD1405，也是為了解決類似的加工高硅鋁合金的刀具耐磨性問題。 
     
    蠕墨鑄鐵(CGI)是近期在汽車零部件制造中用到的一種新型鑄鐵材料。蠕墨鑄鐵中的石墨呈珊瑚或蠕蟲狀，其金相結(jié)構(gòu)不會(huì)如灰鑄鐵一樣，會(huì)在加工中使應(yīng)力增大和產(chǎn)生斷裂線，而且不會(huì)像球墨鑄鐵那樣，造成導(dǎo)熱率的損失。這種特性使蠕墨鑄鐵成為一種制造發(fā)動(dòng)機(jī)高強(qiáng)度部件的材料。其加工特性介于球鐵延展性與灰鑄鐵脆性之間，切屑為部分?jǐn)嗔选�CGI的導(dǎo)熱率為灰鑄鐵的78%，這會(huì)加大刀具的熱磨損效應(yīng)；CGI的延展性好，抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度約為灰鑄鐵的兩倍，這會(huì)使其更易產(chǎn)生毛刺。德國(guó)瓦爾特公司為鑄鐵加工研發(fā)了所謂的“老虎刀片”Tiger"Tec技術(shù)，并在后來將這一技術(shù)擴(kuò)展到鋼件、不銹鋼、難加工材料等多個(gè)領(lǐng)域。老虎刀片標(biāo)志性的雙色涂層，針對(duì)前后刀面的不同加工特點(diǎn)使用不同的涂層，改善了對(duì)蠕墨鑄鐵的加工。山特維克可樂滿的GC1020則有一層鈦鋁氮化物的物理涂層，能在較硬的刀片基底和應(yīng)對(duì)不同加工性能所需的韌性之間達(dá)到必要的平衡，從而改善蠕墨鑄鐵的加工。肯納則在鑄鐵加工中除推出如KC9315等涂層硬質(zhì)合金刀片外，還推進(jìn)使用氮化硅陶瓷刀片如純氮化硅的KY3500以適應(yīng)更高的加工速度。 
     
    加工高速化 
     
    為了降低加工成本，提高加工效率成為許多汽車零部件廠商關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。而在提高加工效率的措施中，*容易想到的，也許就是加工速度的提高。我在2006年參加《工具技術(shù)》、《機(jī)械工人》對(duì)肯納金屬的金屬加工解決方案集團(tuán)副總裁伯納德?諾斯的采訪時(shí)，諾斯先生介紹說，在5年前肯納推出其用于鋼件加工的涂層硬質(zhì)合*號(hào)KC9110時(shí)，客戶應(yīng)用這種牌號(hào)的平均切削速度約為250m/min，而現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到平均320m/min。加工的高速化帶來對(duì)刀具更為嚴(yán)酷的要求。為了適應(yīng)這種要求，刀具廠商采用了各種措施。肯納介紹說，他們已經(jīng)突破了過去CVD涂層20mm的極限，現(xiàn)在已經(jīng)可以達(dá)到30mm。這是改善涂層與基體結(jié)合力、改善多層涂層的層間結(jié)合力、改善表層涂層與工件的接觸等多種技術(shù)的結(jié)果。 
     
    山高刀具則發(fā)表了他們研究和改善涂層晶核形成的成果。山高刀具認(rèn)為，*優(yōu)化的成核作用使得磨損性能顯著提高，而且這些種類的a-Al2O3層通常由相對(duì)較小的、表現(xiàn)為無孔隙度的無缺陷顆粒組成。<1014>結(jié)構(gòu)的a-Al2O3層表現(xiàn)出*佳的耐磨性。山高新的a基Al2O3鍍層DurAtomic"的制造水平達(dá)到原子級(jí)。結(jié)果使機(jī)械和熱特性超過所有目前生產(chǎn)的Al2O3的能力。 
     
    與傳統(tǒng)生產(chǎn)的Al2O3相比，DurAtomic"鍍層表現(xiàn)出更高的耐久性/韌性、杰出的耐熱/耐磨性、化學(xué)惰性，并因此減少有關(guān)積屑瘤形成的傾向。隨著切削速度和加工效率的提高，降低切削力和切削熱成為刀具改進(jìn)的又一個(gè)方向。例如伊斯卡的風(fēng)火輪銑刀，該銑刀的刀片為鋸齒狀切削刃，在加工中相互交疊，這種科學(xué)的刀具結(jié)構(gòu)使加工更加高效。這樣的銑刀在加工中的刀具穩(wěn)定性高，切屑被加工為更細(xì)小的切屑，而且切削力小，因此所需機(jī)床功率也低。 
     
    近凈尺寸 
     
    隨著毛坯的制造精度越來越高，汽車零部件的毛坯的形狀和精度越來越接近于*后的成品尺寸，這就是所謂的“近凈尺寸”(所謂NNS，NearNetShape)。實(shí)現(xiàn)了“近凈尺寸”的毛坯，不同于傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)的產(chǎn)品，這些毛坯具有*的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度，加工余量非常小。這種毛坯的近凈尺寸化，給加工工藝帶來了一系列的影響，而對(duì)刀具來說就是需要小的切削力和鋒利的切削刃。近年來，許多刀具商推出了比以往更適合小余量加工的刀具，其主要特點(diǎn)是刀具更為鋒利，刀具材料的耐磨性更好。在兼顧刃口強(qiáng)度的同時(shí)盡可能地提高刀具鋒利性成為共同的選擇。例如山高刀具推出的MF5斷屑槽型就是一款針對(duì)近凈尺寸加工的刀具產(chǎn)品。它采用了一種新的敞開式設(shè)計(jì)，它有一個(gè)半鋒利的切削刃，倒棱被分成兩段，分別是+5°和+10°，這些分段在寬度方向遞增，而同時(shí)正角變得更小(為了切深較大時(shí)有更好的強(qiáng)度)，前角是17°。這種半鋒利設(shè)計(jì)的切削刃在加工時(shí)可以降低切削力，同時(shí)又比傳統(tǒng)“全鋒利”刀片的強(qiáng)度更高。  

  如果其它條件不變，刀尖的鋒利往往會(huì)帶來刃口韌性的下降。隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，我們可以通過其它方式加以彌補(bǔ)，從而更好地兼顧刀具的耐磨性和韌性。在這樣一個(gè)時(shí)刻，刀具材料的細(xì)顆粒化又成為我們的選擇之一，雖然細(xì)顆粒化的刀具價(jià)格可能會(huì)比現(xiàn)有技術(shù)的刀具價(jià)格更高。肯納金屬的一份材料說明，在銑削62HRC的淬硬材料時(shí)，細(xì)顆粒硬質(zhì)合金KC635M加工25min的刀具磨損與超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金KC637M加工70min的刀具磨損相當(dāng)，說明在加工硬材料方面，超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金KC637M的耐磨性比細(xì)顆粒硬質(zhì)合金KC635M高將近3倍。 
     
    干加工 
     
    干加工和微量潤(rùn)滑技術(shù)，是汽車零部件加工的又一個(gè)挑戰(zhàn)。包括汽車制造在內(nèi)的現(xiàn)代制造業(yè)除了快速制造和柔性化制造以外，綠色制造也越來越受到各方面的普遍重視。因?yàn)樽鳛樯鐣?huì)的一份子，我們必須將“可持續(xù)發(fā)展”作為我們的一個(gè)戰(zhàn)略方針。可持續(xù)發(fā)展的理想以四個(gè)坐標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)：世代公平、生活質(zhì)量、社會(huì)團(tuán)結(jié)以及國(guó)際責(zé)任。“生活質(zhì)量”要求具有完好的環(huán)境、好的學(xué)校以及安全并提供多種多樣文化生活的城市，而在“世代公平”方面，節(jié)約使用天然資源屬于*重要的任務(wù)之一。而長(zhǎng)期以來我們?yōu)楦纳萍庸べ|(zhì)量、延長(zhǎng)刀具壽命而大量使用的各種切削液，卻有不少存在著污染環(huán)境、損害操作者的健康、增加制造成本的弊端。西方國(guó)家已經(jīng)實(shí)施的環(huán)保法規(guī)和我國(guó)人大已在制訂“清潔生產(chǎn)促進(jìn)法草案”，以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的ISO14000環(huán)境管理系列認(rèn)證都要求我們認(rèn)真對(duì)待這一問題。這使得維護(hù)、記錄存檔和遵循現(xiàn)行和計(jì)劃的規(guī)定所產(chǎn)生的成本正迫使切削液的價(jià)格迅速上漲，一些大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護(hù)切削液、安裝和使用合適的附件和油霧收集器、處理切屑、碎屑和用過的切削液，切削液所產(chǎn)生的費(fèi)用已十分可觀。 
     
    在干加工時(shí)，由于在切削過程中缺少了冷卻潤(rùn)滑液的潤(rùn)滑、冷卻和沖屑作用，會(huì)導(dǎo)刀具與工件間的摩擦增大、切削濕度升高、粘結(jié)加劇和切屑堵塞，從而造成刀具壽命、加工精度和切削效率的下降。為克服由于缺少了冷卻潤(rùn)滑液而造成的困難，需要通過開發(fā)和應(yīng)用耐熱的硬刀具材料，合適的刀具幾何形狀和微量潤(rùn)滑材料及其供給裝置，以及通過采用適合于干切削的機(jī)床和選擇相應(yīng)的切削參數(shù)來解決，確保干切削過程的可靠進(jìn)行。目前，干切削刀具的主要材料有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、聚晶金剛石、立方氮化硼、SiC晶須增韌陶瓷及納米晶粒陶瓷等。 
     
    山特維克蒂泰克斯以低切削力、低摩擦和確保排屑為設(shè)計(jì)原則，為干切削加工開發(fā)了不少刀具，ALPHA22型深孔鉆就是其中的一種。 
     
    它的特殊的40°螺旋角UFL輪廓使其具有較大的前角，并通過較窄的鉆心和較強(qiáng)的倒錐實(shí)現(xiàn)比較低的摩擦，還具有特別的槽形輪廓，可以很好地排屑，并可以保證低摩擦切屑流動(dòng)。同時(shí)它通過采用帶有較高鈷含量的微晶粒硬質(zhì)合金，在使用過程中還可以提供較高的可靠性。雖然可以期望在將來使用完全干切削加工，但是要完全干切削，則在刀具壽命、加工精度、表面粗糙度等方面，還有許多必須克服的問題，所以可以預(yù)料，根據(jù)當(dāng)前的現(xiàn)狀而轉(zhuǎn)換使用不影響環(huán)境的切削液，研究切削液的適量化、微量化以及給油定點(diǎn)化等。現(xiàn)在在許多應(yīng)用場(chǎng)合，我們把微量的高潤(rùn)滑切削液噴到刀刃上，通過具有高潤(rùn)滑性的切削液和正確供給和微量切削液的給油裝置的組合，構(gòu)成被微量潤(rùn)滑的半干式切削加工。通過使用微量潤(rùn)滑技術(shù)，我們?cè)谇邢骷庸ぶ袑?duì)切削液的使用量，已經(jīng)從過去的每分鐘幾升減小到目前的每小時(shí)幾毫升，不足傳統(tǒng)切削液使用量的萬分之一。因此，不再需要切削油的防腐敗、濃度管理，工件的清洗由于切削油的消耗量很少而可以簡(jiǎn)易化，而由于切屑的干燥，使收集、處理或再熔煉都變得容易。 
     
    柔性化 
     
    近些年來，由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們消費(fèi)需求的不斷異化，包括汽車產(chǎn)品在內(nèi)的各類產(chǎn)品的壽命周期縮短了，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快了。這種形勢(shì)正在迫使許多生產(chǎn)企業(yè)走上多品種、小批量的生產(chǎn)方式，以適應(yīng)市場(chǎng)需求的多變

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