汽车制造刀具的应用现状与发展

使用刀具现状

    　目前汽车制造业的机械加工所使用的刀具主要是超硬刀具材料,如加工高强度铸铁件，一般采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂层刀具材料制作的刀具，铣削速度可达2200m/min；加工高硅(Si)铸铝件采用PCD、超细硬质合金刀具加工，其铣削速度也可达到2200m/min，钻、铰削速度分别可达80m/min和24m/min;加工精锻结构钢件采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂层刀具加工，其车削速度达200m/min。此外，在加工各种精锻钢制齿轮时，则采用高钴(Co)粉末冶金高速钢。其表面涂复TiCN的高速钢整体滚刀、剃齿刀，内、外表面加工的各类拉刀，其滚削速度为110m/min,剃齿切削速度为170m/min，拉削速度为10～25m/min。

  　  在刀具使用方面，主要是在数控机床上采用HSK空心短锥柄，可与各种多刃专用铣刀、复合式孔加工刀具组成高速工具系统，完成多工序、多工位切削加工，其高速动平衡≤2.5G；在汽车零件的精加工生产自动线上，广泛采用自动检测装置和半自动补偿刀具。如上海大众汽车有限公司引进的精镗缸孔用自动补偿刀具是采用意大利Marposs公司生产的电动式测量仪，在零件加工完后，对加工尺寸进行测量比较，将信号送入Valenite公司提供的自动补偿机构，启动步进电机，改变涨刀量，进行刀具自动补偿；采用自动径向进给刀具加工缸体曲轴孔及轴承挡止推面，在一次走刀完成孔与端面的镗削加工，可保证工件端面对孔的垂直度和两端面的相互平行度。

    　今后的发展趋势是，将普遍采用高速(超高速)干式切削技术。采用超硬材料制作的各类刀具、复合(组合)或各类高速切削刀具的结构设计与制造技术将成为刀具品种发展的主导技术。其中无屑加工工艺的搓、挤、滚压成形类刀具的应用将会更加广泛；超硬刀具材料发展会更快，应用领域会更加扩大。

   　 汽车各类零件加工工艺及所用的刀具

孔类零件的加工

    　零件的孔加工多半采用多刃复合式(刀刃机夹、镶焊组合)结构，以铰、挤削代替磨削。在一次性走刀过程中完成孔的精加工，其转速达3000r/min,走刀速度达1.5～3m/min,精度达5～7级，粗糙度Ra＝0.7μm,枪钻转速达8000r/min,Ra＝2μm。德国Mapal公司生产的精密镗、铰刀，以其独特的结构、超精密的内孔精度、优异的表面粗糙度及高的经济效益被汽车工业广泛采用。Mapal刀具为单刃切削刀具，刀片采用精密研磨的可转位刀片。在刀体上镶有两块以上的支承导条，几乎在刀片进入工件切削的同时，支承导条也紧跟在对应的位置起支撑作用，并吸收切削时所引起的振动和阻力，保证内孔圆度和圆柱度在1～3μm以内，其孔径公差达H6。在汽车发动机气门导管孔加工中，其加工精度、表面质量都优于枪钻加工。汽缸孔镗削采用双工位、机床主轴内置式、轴向往复运动推拉杆机构。往复走刀分别用于粗镗和精镗，镗削速度达800m/min。

平面类零件的加工

    　平面类零件的铣削多半采用具有密齿、过定位、重复夹紧结构的径、轴向双向可调高速密齿面铣刀。铣刀直径250～400mm，轴向跳动≤±0.0025mm。零件装配平面的加工是以铣代磨，粗糙度Ra＝0.7μm，不平度＜0.02mm。

   　 精铣刀盘的刀片可通过偏心螺钉进行调整，调整精度达0.002mm。在中等进给精铣加工时，采用普通刀片与修光刀片合理布置，零件表面粗糙度可明显改善；大进给精铣加工时，全部采用修光刀片，可获得理想的表面粗糙度。

   　 铣削铝合金材料的工件时，采用各种规格的不等齿距的铣刀以及大的轴向与径向前角，刀具的前刀面经抛光处理，切削时切削力小，无振动，表面质量佳。

   　 曲轴主轴承盖的加工，则采用倒置、排列式机夹复合成形拉削专用刀具，安装3种共713片可转位硬质合金涂层(TiCN)刀片，进给速度25m/min,班产1750件，拉削切削余量1.5～3mm。

   　 在汽车的连杆加工中，其分离面涨断工艺、双侧面卧式双轴圆台平面磨削工艺都是目前国外连杆生产普遍采用的高质量、高效加工工艺。

轴类零件的加工

    　汽车曲轴主轴颈、连杆轴颈的加工是采用双工位车——拉削专用刀具。刀盘直径为700mm，刀盘圆周装有40片硬质合金涂层刀片，每10片为1组，切削速度为150m/min，快进速度为4.6m/min，径向切削余量为1.5～3mm。此外，一些零件的轴端头外圆柱面加工采用成形组合外圆铣、铰削专用工具，一次走刀完成外圆和端面粗加工，替代单刃车削加工工艺。

　齿轮加工

圆柱齿轮加工

    　国外大多采用多头涂层高速滚刀(切削速度110m/min以上)及径向剃齿刀滚、剃成形，以剃代磨。大量采用数控切齿设备，大大提高了加工效率，加工精度可稳定在7级以上；用硬质合金刀具进行硬齿面切削成为当前的重要研究领域。

  　  国内100m/min以上的高速滚齿在一些合资企业应用。珩齿、磨齿、径向剃齿也有不同程度的应用，但大多数是加工效率、精度及稳定性较差，一般只能达到8级精度。

直齿锥齿轮加工

   　 国外大量采用精锻工艺，在精度要求高的场合保留切齿工艺，目前国内精锻工艺已获得应用，但在汽车生产中应用较少，大多还是采用切齿工艺。

螺旋锥齿轮加工

    　国外螺旋锥齿轮加工大都采用数控铣齿机切齿，热处理后采用数控研齿机研齿；配对精细装配或采用数控铣齿机，热处理后采用数控磨齿机磨齿，较好地纠正了热处理变形，可不配对装配。硬齿面刮削技术在螺旋锥齿轮加工中有一定应用。

    　Gleason、Oerlikon公司都推出了用于六轴数控设备的最新设计、分析和测量软件，使得螺旋锥齿轮的设计、加工、齿形修正形成了智能化的闭环系统。

  　  采用齿轮测量中心，由于工艺先进、自动检测，使之测量准确、精度高、效率高。

    　发动机几种传动轴上的花键齿形加工采用双工位、成对配置的搓、挤无屑加工专用刀具，一次往复运动，将花键齿形搓挤成形。

    　国内螺旋锥齿轮加工大多采用普通铣齿机加工，热处理后进行研齿。其切齿精度低，研齿的真正功能未能发挥出来。材料的热处理变形的控制能力差。

    　一汽集团、东风汽车公司刚引进的Gleason和Oerlikon公司的数控磨齿机尚未用于生产。齿轮检测一般采用周节检查仪、渐开线检查仪、基节仪等，少数厂家采用齿轮检测中心。

壳体类零件加工

 　   该类零件多半属于平面、多孔位薄壁零件结构，其刚性差，对孔位的精度要求较高，所以国外多半采用加工中心进行加工。

    　差速器壳体内球面的镗削采用主轴内置式机床，其推拉杆轴向往复运动，带动镗刀头二维成半圆轨迹移动，叠加壳体回转运动，一次走刀完成球面成形镗削加工。我国根据产品市场的多品种需求，已形成了由过去的大量专用组合机床的生产线向由数控机床和加工中心组成的柔性生产线方面转移的趋势。采用三坐标测量机进行半自动非在线测量，检测精度较高，但效率不高。

磨削加工

   　 平面磨削国内大多采用大平面高精度磨床，磨削粗糙度为Ra＝0.5μm，磨削速度8.0m/s。

    　外圆磨削国内采用高精度数控外圆磨床。

   　 内圆磨削国内采用高精度内圆磨床，磨削粗糙度Ra＝0.2μm。

    　今后的发展趋势是：在圆柱齿轮加工方面将解决国产机床的精度和刚度问题，解决刀具材料及其寿命问题，发展高速滚齿和硬齿面加工技术；发展径向剃齿和稳定珩齿工艺；引进数控齿轮加工机床，提高整体加工水平。在锥齿轮加工方面，发展精锻工艺加工直齿锥齿轮，以便提高效率，降低成本；对于螺旋锥齿轮，将逐步形成较完善的螺旋锥齿轮试制体系。对设计、强度分析、试制、试验和生产准备等将形成一套完备的软、硬件环境，解决投产前切齿工艺的关键技术；具备高精度、低噪音齿轮的研制和开发能力；有效承担新产品试制和小批量、高精度特殊品种齿轮的生产任务；细化装配工艺，确定合理的质量检验环节和工艺节拍，对不同齿轮产品的不同需求确定相应工艺措施；齿轮试制和生产车间均应配有齿轮检测中心，实现自动检测，减少人为误差。在壳体零件加工方面，将采用高速加工中心模块系统加工壳体类零件，生产线将匹配三坐标测量机或自动量仪，实现自动或半自动在线检测。在各类平面的加工方面，将开发大平面高速高精度磨床磨削平面，其粗糙度达Ra＝0.5μm；开发强力磨床、高精度数控外圆磨床和点磨削工艺磨削外圆；开发高精度内圆磨床磨削内圆表面，其粗糙度可达Ra＝0.2μm。

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