耐磨性壽命高出50～100倍，切削速度提高5～20倍！

發(fā)動機(jī)缸蓋加工尤尼莫克整體對應(yīng)方案

作為全世界最早的PCD刀具供應(yīng)商之一，京瓷尤尼莫克公司（UM Dandia）專注于定制PCD刀具的開發(fā)和生產(chǎn)。該公司憑借著大量的研發(fā)投入和采用高端的刀具加工設(shè)備，尤尼莫克公司致力于輕型汽車零部件加工的高端刀具的研究，推出了用于鋁合金汽車零部件加工的眾多解決方案。為順應(yīng)加工中的環(huán)保要求，還開發(fā)了半干式加工鋁合金的PCD刀具等新產(chǎn)品。

與硬質(zhì)合金刀具相比較，PCD刀具硬度要高出3～4倍；耐磨性和壽命高出50～100倍；切削速度可提高5～20倍；表面光潔度可達(dá)Ra0.05μm；切削效率高、加工精度穩(wěn)定。通過一次設(shè)計成型或者使用復(fù)合刀具，減少了加工工序；通過提高切削速度、減少所需刀具數(shù)量，進(jìn)一步提高了加工效率，降低了單件加工成本，在實際生產(chǎn)中有效改善了加工工藝流程。當(dāng)前，尤尼莫克刀具已被廣大汽車零部件生產(chǎn)廠家所采用，并將繼續(xù)擴(kuò)大其在汽車行業(yè)中鋁合金的加工應(yīng)用。



刀具的開發(fā)源自客戶的需求。尤尼莫克公司通過與客戶的密切合作，針對每一個具體工件的加工策略進(jìn)行分析。例如，汽油發(fā)動機(jī)缸蓋基本都是采用鋁合金材料制造，部分柴油發(fā)動機(jī)缸蓋也開始使用鋁合金。作為發(fā)動機(jī)中最精密的元件之一，對缸蓋上眾多孔系的尺寸及位置精度要求很高，其加工質(zhì)量的好壞將直接影響發(fā)動機(jī)的整體性能，（圖1為尤尼莫克對缸蓋孔系的刀具加工方案）。閥座及導(dǎo)管底孔是與發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣門配合的，因此是發(fā)動機(jī)缸蓋中尺寸及位置精度要求最高的部分，如圖2所示。下面具體對發(fā)動機(jī)缸蓋中閥座及導(dǎo)管底孔的刀具加工方案進(jìn)行介紹。



圖1

傳統(tǒng)的閥座及導(dǎo)管底孔加工，從毛坯到完成精加工需要4把刀具。通常首先用一個標(biāo)準(zhǔn)的硬質(zhì)合金鉆頭，從圖2的左側(cè)，預(yù)鉆導(dǎo)管底孔（通常為9～10mm）。而尤尼莫克的刀具解決方案，需要從圖2右側(cè)，先精加工導(dǎo)桿彈簧座孔，僅通過3道工序、采用3把刀具即可完成全部加工。這一解決方案減少了1把刀具，降低了整體加工時間，從而可提高加工效率，降低加工費用。



圖2 閥座及導(dǎo)管底孔剖面示意圖

工序一、導(dǎo)桿彈簧座孔精加工及氣門導(dǎo)管底孔粗加工

圖3所示鉆銑復(fù)合PCD刀具可一次完成導(dǎo)桿彈簧座孔精加工及氣門導(dǎo)管底孔粗加工兩道工序。此刀具的結(jié)構(gòu)經(jīng)過特殊設(shè)計，能夠克服加工干涉孔部位時的不平衡徑向力，還可確保刀具以相對較高的切削速度工作。刀具帶有高壓切削液內(nèi)冷孔。當(dāng)切削液濃度高于8%、壓力大于3000kPa時，可以達(dá)到最佳切削效果。通常的切削參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速8000～10000r/min，進(jìn)給量為2000～3000mm/min。



圖3 鉆銑復(fù)合PCD刀具

刀具壽命通常高于10萬孔，也曾達(dá)到32萬孔的記錄?？紤]到刀具的可修磨性，平均每孔的加工成本僅為0.02元人民幣。因此，在減少加工時間的同時，還可節(jié)省加工成本。

工序二、導(dǎo)管底孔、閥座底孔粗加工及喉口弧面精加工

在某些情況下，使用較便宜的硬質(zhì)合金刀具或可轉(zhuǎn)位刀片式刀具可能也是一個選擇。但如果需要提高加工質(zhì)量，或使用長壽命的刀具，尤尼莫克的復(fù)合階梯鉸刀將是最佳的選擇（見圖4）。



圖4 復(fù)合階梯鉸刀

此復(fù)合階梯鉸刀能夠完成以下的加工：

導(dǎo)管底孔預(yù)鉸。這是為下一步的精鉸做準(zhǔn)備，同時，此部分的鉸刀要帶有鉆削的功能，以防止上一步工序沒有把導(dǎo)管底孔打穿；

喉口弧面的加工。此處有嚴(yán)重的干涉，所以要求刀具剛性好（見圖5）；



圖5 加工干涉示意圖

閥座底孔粗加工及倒角。
根據(jù)客戶對切削參數(shù)、孔的尺寸、機(jī)床主軸和刀柄的剛性及穩(wěn)定性的不同要求，對復(fù)合階梯鉸刀有不同的設(shè)計方案。刀具設(shè)計過程主要考慮的問題是如何克服干涉部分加工時的不平衡力。通常情況下，刀具廠家把此刀設(shè)計為2個切削刃，并采用小的切削速度。而尤尼莫克的解決方案是采用3個切削刃、多個導(dǎo)向條以及特殊的刀具結(jié)構(gòu)。這種刀具設(shè)計可以確保很高的加工質(zhì)量、快切削速度和長刀具壽命。

切削參數(shù)受到工件尺寸、刀具及刀柄剛性的影響。通常轉(zhuǎn)速為4000～10000r/min，進(jìn)給 Fn為0.2～0.3 mm/rev。根據(jù)機(jī)床情況，刀具壽命可達(dá)5萬個孔以上。

工序三、氣門導(dǎo)管底孔及閥座底孔精加工

這是最后一道精加工工序，尤尼莫克有兩種方案可供選擇，每一種方案都可以滿足客戶最嚴(yán)格的尺寸和精度要求。

方案一：氣門導(dǎo)管孔鉸刀及閥座底孔鉸刀作為兩個獨立部件安裝在一起。這是一個柔性很好的方案，這樣可以把氣門導(dǎo)管孔鉸刀分別用于進(jìn)排氣門導(dǎo)管孔的加工。

方案二：當(dāng)閥座底孔直徑較小時，可以把兩個刀設(shè)計為一體。

復(fù)合精鉸刀（見圖6）的切削參數(shù)通常為：轉(zhuǎn)速 8000～11000r/min；進(jìn)給 Fn為0.24～0.3mm/r。精加工后的氣門導(dǎo)管底孔的圓度可以控制在1μm以內(nèi)，并可獲得極高的表面光潔度。刀具壽命根據(jù)機(jī)床情況，可以達(dá)到10萬個孔以上。



圖6 復(fù)合精鉸刀