最新切削工具能更好地解决零部件复杂性与严重磨损

This Sandvik Coromant milling cutter is helping a Spanish cylinder head producer save €21,000 a year.

工具磨耗无意识汽车组件生产中最大的威胁。为了解决这个难题,汽车零部件工作室在工具最大使用期限之前就进行更换,以防万一;在插片完全损耗殆尽之前就更换的成本,远低于在作业中发生事故的成本。当然,还是有很多测量工具使用寿命的方法。有些计算零部件数量,或者使用运行时间,而有些方法依赖材料的使用的数量。无论使用什么方法,节省时间和金钱是最终的策略。

在量产过程中,永远都在无限追寻速度。但事实上,速度才是工具磨耗的元凶,因为在切削区域产生过多的热量。因此,很多汽车零部件车间都因为购买了相对廉价的四边插片而后悔不已。然而,这是错误的向法,因为使用8边或16边查遍的成本要高得多;虽然每个插片的成本很高,但是每个边的成本却很低。

切削工具供应商为了满足每年的低成本需求,而面临着强大的压力。如果这些目标无法满足,就会丢掉优选供应商的地位。Sandvik Coromant也清楚地意识到这一点。公司最新产品中有一个非常吸引汽车车间的工具,即CoroMill 5B90铣刀,用于加工铝质零部件,比如气缸盖、变速箱、给油阀组、电动滑车曲轴和车厢盖。举例来说,在AISi9Cu-1气缸盖上切削0.7mm时,CoroMill 5B90(160毫米直径,9个切面)以7,000rpm的旋转速度和12,500毫米/每秒的进给速度,成功加工了40,000个零部件。

因为每个切削工具都是为组件量身定做,因此工具能够优化切削插片的数量,并且用一个刮片来保证表面的质量。因此,高速进给机器的齿轮数量减少的情况下,也可以实现。M5B90上特殊的轴径向位置,能够减少启动时间,不做任何调整的情况下,也能立即插入切削。

西班牙气缸头制造商就深谙此道,并试图解决很多问题。首先,加工工艺还不稳定,产生毛边。另一个不可预知的问题是插片工具受命,这主要依赖装配中不断调整的暗盒。

Steering knuckle, LMT

综合破屑机
日前还有一个铝合金汽车零部件整机和半整机革新,包括发动机组和变速箱体,即BreakMaster LD型号和GD型号烧结金刚石切削工具,上面有Sumitomo Electric生产的综合性破屑机。

用铝合金这个的材料进行加工时会产生大量的切片或切屑,如果切片混进材料当中或工具当中,就会发生故障。最新Sumitomo插片通过在切边旁边的烧结金刚石上加上一个综合性3D破屑机,从而克服了这个问题。

Komet称,固定气缸体需要在很多机械操作技术,这些特殊的组件需要特殊的方法。比如,使用KomTronic M042精镗系统就可以完成闭合回路机械制造,在机器上自动重启和修整切削。该工具能为半成品机械提供多个切边,也可以为成品机械提供单边切边。

据Komet称,其他需要金鑫考虑的提肛提机械操作有:缸镗初步加工,这里用指导几何和0.4mm提高的插片;利用单独工具进行制造前和后的核心插件;使用三角插片的集成工具对油槽进行精镗操作。

当然,许多气缸体仍然使用铸铁,但是这也有困难,包括一个“爆发”现象,就是工件周边产生切片。切削工具插片通过降低切削力量,阻止切边产生,从而提高制造质量。

在最新技术革新中还有Kyocera公司的MFK可转位铣刀,拥有两面、十边负极插片。虽然负极插片可以通过在插片双面切边,从而能相抵成本,但是这回增加切屑阻力,会降低锐利度,并增加震颤。

为了解决这个问题,Kyocera公司已经开发了一个特殊的插片,使用专用制模技术,通过大角度偏位角设计,减少负面效果。通过增加超前角,还可以减低工件轴向的切削阻力,而且通过一个双面结构产生的插片角度,提高表面质量。这样就缓冲了工件接触时产生的震颤,阻止切边在工作时发生破裂。

Kyocera

多任务关节工具
除了发动机,还有很多复杂的机械零部件都在尝试切屑技术,比如转向关节。在钻井工艺上,高韧性材料会形成很长的切片,绕在工具上。关键是要尽快破除这些切片。复杂的形状及精确度需要精确地把转向机构相连。

去年年底,一个汽车原始设备制造商想要在德国德工厂里,为三种不同级别的汽车生产转向关节。目标是要在单一的机械上用最少的工具生产转向关节。为了实现这个目标,LMT Tools公司与德国机械工具制造商合作,开发一个灵活、精确、经济的工艺理念,每天为每种级别的汽车生产2,000个转向关节。

  • < >LMT将多多生产步骤和工艺集合到一个工具上。这就精简了整个流程,从PCD圆盘铣刀(用于轮毂单元的前铣刀过程),到PCD盘型铣刀(用于悬挂摆臂的铣面,速度达1,300米/每分)以及PCD球面铣刀(用于球冠的抛光,速度达600米/每分)上只需要22个工具。

     

    转向关节通常是由灰铸铁或钢铁来制造。由于负荷很高,因此在机械加工时在形态上和位置上需要紧密公差 — 当然还要低成本。因此,Mapal也是简章综合性工具的供应商。

    使用正切可转位刀片是完成加工的最有利工具。因为正前角和紧凑型装置,这种刀片拥有柔和的切口,对高速进给的多刀片工具非常适合。

    至于转向关节的加工制造,Mapal公司已经发现,减震器座的研磨和钻孔需要综合使用圆盘铣刀和插入式钻孔,以减少工具的变换。同样,对于内部加工钻销,多级正切组合工具可以节省半加工流程,同时对外加工钻孔方面,拥有嵌件腔的多级组合工具可以产生小于±0.1mm的误差。

工具节省机械投资

在密歇根奥瓦索的Machine Tool&Gear(MT&G)工厂,每年制造超过112,000个卡车机轴。在Mori-Seiki NH 4000卧式电机中心周围建造了一个工作室。然而,最近在公司转型机轴的过程中,涌现出一位出色的制造工程师,Jeff Ochodnicky。

他说,“新的几周设计包括平面区,与其他的操作形成90º角度,因此不容易完成。最容易的方法就是使用另一个机械磨平这个平面,但是成本会很高,因此被否决。我就决定寻找新的方法。

“相反,我们决定使用两个九十度铣头来加工这个平面区。但是,我们在工具刀片上遇到很多困难,包括过度磨损和表面抛光。通过与刀片供应商合作,我们尝试不同的切削深度,不同的刀片,转速和进给率,但都失败了。最后,我们找到了Horn公司。“

最大的困难就是应用22mm直径的铣刀,在机轴上磨平一个38mm长、1.5mm深的平面,而且要高出主轴250mm。任务很艰巨,但是Horn公司认为,只要找到正确的工具就可以。MT&G刀片拥有交错的长笛设计,可以在切削过程中造成推力和拉力。在精细的分析之后,公司决定尝试Horn公司生产的Mini Mill刀片。由于该刀片拥有良好的螺旋,因此可以用于所有切削,上下自如。

Ochodnicky说,“由于工具改变,我们节省了大量成本,在机床和人力上保持了成本优势。“

 

 

适应材料改变
那么,涡轮增压器和相关组件是用什么制造的呢?由于镍的成本价(从2005年到2013年的浮动区间在5欧元到13欧元每公斤)很不稳定,涡轮增压器的制造商现在使用低镍材料。为了使用这种改变,三家独立Iscar技术中心都致力于开发新的切削材料,几何结构和涂层。研发成果有S845 SNHU 1305 ANR-MM MS32刀片,据说比之前的Iscar工具延长25%的工具寿命。

Turbocharger V-band machining, Iscar

Iscar公司组件制造的核心在于涡轮壳体、转轴、涡轮、压缩机轮等涡轮增压器零部件的制造商。例如,公司已经开发了特殊的工具,用于复杂的V段涡轮壳体的加工制造 — 及使用正切刀片铣刀。工具包括一个嵌入式装置,可以使用任何嵌件腔。

至于V段外形,Iscar建议采用最经济的加工战略 — 同时还要避免潜在的碰撞风险。这里采用5边星型Penta刀片,尺寸根据V段凹槽而定。工具上的刀片可以随机灵活地改变,因此可以实现V段外形的紧密公差。此外还有通过一个U型轴或放射面滑动单元制造的轮廓车削,以及插补车削。

在加工制造复杂的汽车零部件时需要考虑很多问题,不仅仅是成本。然而,当每个刀片的成本呈现最优效益,每个边的成本才会产生更深远的利益。

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