行業知識
這會加大刀具的熱磨損效應
發布時間:2009年11月24日 瀏覽次數:

汽車零部件生產在總體上是一個典型的大批量生產模式,制造成本成為零部件生產商考慮的一個重要環節。目前,一方面是國外汽車零部件廠商紛紛登陸中國,搶占中國汽車零部件市場,從而導致一些國內汽車零部件廠商倍感壓力;另一方面是汽車制造的批量越來越小,產品生命周期越來越短,產品的更新越來越快;還有一方面就是在不斷提高汽車環保要求的同時,對汽車制造過程的綠色無污染或少污染的要求也在不斷提高。
基于上述這些因素的影響,與零部件制造密切相關的刀具也面臨著各種挑戰。
1 零部件材料的變化
汽車零部件正在朝著輕量化的方向發展。研究表明,一輛轎車的質量若能減少10%,則其燃油經濟性可提高3%~4%,同時汽車的排放也會降低。為此,各國的汽車制造廠家為了使發動機輕量化、高速化、高功率化,并且有較高的耐久性,各種質量輕、強度高的材料在汽車零部件中的應用越來越廣泛。鋁合金的發動機缸體已經成為汽車輕量化的首選,蠕墨鑄鐵、超級合金等也在汽車制造中占據一席之地。這些都對刀具提出了新的挑戰。
應對鋁合金,尤其是高硅鋁合金的應用,金剛石刀具的應用越來越多。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。德國賽利公司提供的一種商品名為CCDia的納米結構金剛石涂層,就對高硅鋁合金的加工提供了一個優秀的解決方案。而肯納金屬也推出了一種不含粘結劑的純金剛石涂層產品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,其金相結構不會如灰鑄鐵一樣,會在加工中使應力增大和產生斷裂線,而且不會像球墨鑄鐵那樣,造成導熱率的損失。這種特性使蠕墨鑄鐵成為一種制造發動機高強度部件的材料。其加工特性介于球鐵延展性與灰鑄鐵脆性之間,切屑為部分斷裂。CGI的導熱率為灰鑄鐵的78%,這會加大刀具的熱磨損效應;CGI的延展性好,抗拉強度和疲勞強度約為灰鑄鐵的兩倍,這會使其更易產生毛刺。德國瓦爾特公司為鑄鐵加工研發了所謂的“老虎刀片”Tiger"Tec技術,并在后來將這一技術擴展到鋼件、不銹鋼、難加工材料等多個領域。老虎刀片標志性的雙色涂層,針對前后刀面的不同加工特點使用不同的涂層,改善了對蠕墨鑄鐵的加工。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對不同加工性能所需的韌性之間達到必要的平衡,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等涂層硬質合金刀片外,還推進使用氮化硅陶瓷刀片如純氮化硅的KY3500以適應更高的加工速度。
2 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注的一個重點。而在提高加工效率的措施中,最容易想到的,也許就是加工速度的提高。我在2006年參加《工具技術》、《機械工人》對肯納金屬的金屬加工解決方案集團副總裁伯納德 諾斯的采訪時,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合金牌號KC9110時,客戶應用這種牌號的平均切削速度約為250m/min,而現在已經達到平均320m/min。
加工的高速化帶來對刀具更為嚴酷的要求。為了適應這種要求,刀具廠商采用了各種措施。肯納介紹說,他們已經突破了過去CVD涂層20mm的極限,現在已經可以達到30mm。這是改善涂層與基體結合力、改善多層涂層的層間結合力、改善表層涂層與工件的接觸等多種技術的結果。

山高刀具則發表了他們研究和改善涂層晶核形成的成果。山高刀具認為,最優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層通常由相對較小的、表現為無孔隙度的無缺陷顆粒組成。<1 0 1 4>結構的a-Al2O3層表現出最佳的耐磨性。山高新的a基Al2O3鍍層DurAtomic"的制造水平達到原子級。結果使機械和熱特性超過所有目前生產的Al2O3的能力。與傳統生產的Al2O3相比,DurAtomic"鍍層表現出更高的耐久性/韌性、杰出的耐熱/耐磨性、化學惰性,并因此減少有關積屑瘤形成的傾向。
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的又一個方向。例如伊斯卡的風火輪銑刀,該銑刀的刀片為鋸齒狀切削刃,在加工中相互交疊,這種科學的刀具結構使加工更加高效。這樣的銑刀在加工中的刀具穩定性高,切屑被加工為更細小的切屑,而且切削力小,因此所需機床功率也低。

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