浅谈发动机新项目规划中的刀具应用新趋势

　　世贸入关以来，汽车尤其是轿车越来越多地加入我国的普通家庭，随着国内外汽车厂商越来越快地将汽车生产基地设立和转移到中国来，中国汽车制造业有着超常规的发展，其中汽车动力总成制造水平的发展也突飞猛进。面对日益激烈的市场竞争，提高生产效率、降低成本已成为企业生存和发展的关键。作为汽车业的关键部件，发动机新项目规划的好坏在其中起着非常重要的作用。发动机新项目中相对制造和生产而言，规划阶段对最终产品质量、生产效率、成本有着决定性的影响，有些甚至是固有的，并且是“不可逆转”的。其中现代发动机新项目规划中刀具的合理应用已成为满足汽车业提高生产效率、降低成本要求的一个新趋势。

　　随着发动机制造趋向于轻量化、结构简单化、高性能化，发动机制造技术和工艺也发生了很大的变化，高速、高效、柔性是制造工艺当前的主要特点，这也符合了现代汽车工业多品种、小批量的生产要求。

　　作为发动机制造技术中非常关键的一环，现在主流应用的汽车动力总成刀具的特点也越来越反应了现代汽车工业的生产要求。

　　发动机新项目规划中的刀具应用新趋势与现代发动机生产线的几个关键参数密切相关。

　　首先是刀具应用新趋势与生产线机床的功率的关系。一般发动机新项目在根据工艺参数等确定机床后，机床的功率就已确定。在应用刀具时应遵循尽可能用足机床的功率的原则，提高金属切削率。在发动机制造业中，刀具成本只占到制造总成本的３～5％，能影响总成本的15%~35%。其原因就是在机床最大功率允许范围内，通过合理地应用刀具，提高生产效率，加快生产节拍，降低单个零件上的固定资产折旧成本。适应这一要求，刀具应用新趋势是刀具重载化。如图一所示：多齿、复合的镗刀一次将毛坯余量加工去处。

　　其次是刀具应用新趋势与机床加工的最大转速与进给速度的关系。刀具应用也需遵循应尽可能使用接近机床允许的最大转速和尽可能高的进给速度的原则。如前文提到上述理由，通过合理地应用刀具，提高生产效率，加快生产节拍，降低单个零件上的固定资产折旧成本。刀具应用的新趋势是高转速和大进给。如在铝合金的缸体、缸盖的加工时，大量应用ＰＣＤ刀具，切削速度Vc　 Mill > 1500m/min,drill >300~500m/min,boring >1500 m/min。与传统刀具Ｖｃ约２００ｍ／ｍｉｎ相比，切削速度有了至少翻番的提高。

　　下面按发动机的主要零件来谈谈新项目规划中的刀具应用新趋势。

　　1. 缸体

　　缸体可以分为铸铁缸体和铝合金缸体。由于材质的巨大差异，他们在新项目规划中的刀具应用趋势也截然不同。

　　a) 铸铁缸体

　　目前加工铸铁缸体的大量刀具是涂层硬质合金材质的刀具。硬质合金的铣刀、钻头已被普遍应用。其切削速度可以超过２００ｍ／ｍｉｎ。先进涂层的大量应用使其在加工时也能达到理想的刀具寿命。高精度的刀柄如液压刀柄和Ｔｒｉｂｏｓ刀柄的应用，也可成倍提高刀具寿命。

　　硬质合金丝锥的使用使螺纹孔加工速度也超过了１００ｍ／ｍｉｎ，大大提高了加工效率。同时新型丝锥刀柄的使用，如刚性攻丝刀柄和自动反转刀柄的应用，也提高了进给速度和提到速度。

　　超硬刀具ＣＢＮ和陶瓷刀具的大规模应用，使得发动机加工的生产效率有提高了不止一个台阶。ＣＢＮ刀具的切削速度Vc　 Mill > 1500m/min,在加工铸铁缸体时有着非常明显的优势。

　　b) 铝合金缸体

　　硬质合金钻头在铝合金缸体加工的应用上达到一个新的高度。直槽的硬质合金钻头的切削速度已超过３００ｍ／ｍｉｎ，已经达到大多数机床的极限转速１２０００ｒｐｍ或１５０００ｒｐｍ。同时加工进给速度仍保持在０．２４～０．２６ｍｍ／ｒ。考虑到传统的加工速度仅为１２０ｍ／ｍｉｎ左右，这极大地提高了加工效率。

　　ＰＣＤ刀具在铝合金零件上应用的优越性，在这里已不用多说。ＰＣＤ面铣刀、成形刀、铰刀、镗刀甚至是钻头都已大量应用在铝合金缸体加工上。切削速度Vc　Mill > 2000m/min,并且同时得到优秀的加工质量。在提高生产效率的同时，刀具成本也有较大的降低，ＰＣＤ刀具价格约为硬质合金刀具的３～５倍，但刀具寿命约为硬质合金刀具的１０倍。见图二典型的ＰＣＤ面铣刀。

　　ＣＢＮ镗缸孔刀具在发动机新项目中应用非常普遍，刀具上组合了半精和精加工刀具，在一个工位完成所有加工精度。精加工尺寸可以在线自动补偿且由刀具自动调整到中间值，以保证加工的一致性和精度要求。各大刀具公司近几年都有较成熟的刀具设计推出，其中Ｓａｍｓｏｍａｔｉｃ的气－液组合式刀具设计非常有特色，刀具补偿调整时间短，精度较高，刀具预调方便。

　　挤压丝锥尤其是硬质合金挤压丝锥的应用，大幅提高了螺纹加工的刀具的寿命。同等加工条件下，一般的切削丝锥刀具寿命约１５００个工件，挤压丝锥的刀具寿命可以达到１００００件甚至是十万件。挤压丝锥不仅能提高螺纹的强度，提高螺纹表面质量，并且刀具寿命的提高也提高生产效率和减少换刀时可能产生的报废。

　　2. 缸盖

　　缸盖作为铝合金零件在刀具应用趋势上与铝合金缸体大同小异。ＰＣＤ刀具大量使用，高效的硬质合金挤压丝锥的成功应用也极大地提高了生产效率和降低刀具成本。

　　铝合金缸盖上也有一些与铝合金缸体不同的刀具应用。具体如下：

　　高精度组合刀具的应用，尤其是缸盖导管阀座组合刀具的应用已经成为一个经典。这方面业内Ｍａｐａｌ刀具的设计较为成熟。该组合刀具的应用不仅保证了非常苛刻的产品设计要求，而且实现了ＣＮＣ标准加工中心替换专机，降低了设备投资和刀具投资，增加了生产线的柔性。

　　ＣＮＣ加工中心上应用凸轮轴孔镗刀的加工工艺同样也将缸盖凸轮轴孔的加工从专机上解放出来，降低了设备投资和刀具投资，增加了生产线的柔性。很好地适应了现在发动机项目的多品种、中小批量的要求。

　　3. 曲轴

　　曲轴的加工有其独特的特点，各个加工内容往往由不同的专机和专用刀具来完成。但是现在的发动机新项目的规划中，专用机床和专用刀具都已尽可能考虑了加工的柔性好和未来的扩展性。

　　a) ＴＴＢ和高速外圆铣加工在发动机新项目曲轴加工中已成为标准配备。它不仅极大地提高了生产效率和降低了设备投资，同时通过更换拜访刀具的组件可以方便地加工不同的发动机产品，极大地提高了生产线的柔性。

　　b) ＭＱＬ枪钻和干式刀具加工在曲轴线上也逐渐开始应用。合理应用ＭＱＬ和干式刀具，最大的优点就是将可以节约发动机零件总成本１５％左右的冷却液和相应的冷却液环保处理费用。

　　4. 连杆

　　a) 涨断工艺在拉杆加工中也已比较普遍，取代了传统的割断和端面磨以及相应的分选，大大简化了工艺流程，减少设备投资和提高生产效率。

　　b) 以镗代绗。对于连杆的曲轴孔的精加工，随着精镗工艺的发展越来越多地取代了传统的绗磨工艺，体现的优点是：简化了工艺流程；减少设备投资；刀具准备简单高效；提高生产效率。

　　总之，发动机新项目规划中的刀具应用随着发动机的生产要求不断提高和刀具技术的不断发展体现出“生产效率提高、刀具成本下降”的新趋势。