耐磨性壽命高出50～100倍，切削速度提高5～20倍！

發(fā)動機缸蓋加工尤尼莫克整體對應方案

作為全世界最早的PCD刀具供應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Ra0.05μm；切削效率高、加工精度穩(wěn)定。通過一次設計成型或者使用復合刀具，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)擴大其在汽車行業(yè)中鋁合金的加工應用。



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行分析。例如，汽油發(fā)動機缸蓋基本都是采用鋁合金材料制造，部分柴油發(fā)動機缸蓋也開始使用鋁合金。作為發(fā)動機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）。閥座及導管底孔是與發(fā)動機進排氣門配合的，因此是發(fā)動機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)動機缸蓋中閥座及導管底孔的刀具加工方案進行介紹。



圖1

傳統(tǒng)的閥座及導管底孔加工，從毛坯到完成精加工需要4把刀具。通常首先用一個標準的硬質(zhì)合金鉆頭，從圖2的左側(cè)，預鉆導管底孔（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 閥座及導管底孔剖面示意圖

工序一、導桿彈簧座孔精加工及氣門導管底孔粗加工

圖3所示鉆銑復合PCD刀具可一次完成導桿彈簧座孔精加工及氣門導管底孔粗加工兩道工序。此刀具的結(jié)構(gòu)經(jīng)過特殊設計，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。當切削液濃度高于8%、壓力大于3000kPa時，可以達到最佳切削效果。通常的切削參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速8000～10000r/min，進給量為2000～3000mm/min。



圖3 鉆銑復合PCD刀具

刀具壽命通常高于10萬孔，也曾達到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，尤尼莫克的復合階梯鉸刀將是最佳的選擇（見圖4）。



圖4 復合階梯鉸刀

此復合階梯鉸刀能夠完成以下的加工：

導管底孔預鉸。這是為下一步的精鉸做準備，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管底孔打穿；

喉口弧面的加工。此處有嚴重的干涉，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、機床主軸和刀柄的剛性及穩(wěn)定性的不同要求，對復合階梯鉸刀有不同的設計方案。刀具設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、多個導向條以及特殊的刀具結(jié)構(gòu)。這種刀具設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，進給 Fn為0.2～0.3 mm/rev。根據(jù)機床情況，刀具壽命可達5萬個孔以上。

工序三、氣門導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格的尺寸和精度要求。

方案一：氣門導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，這樣可以把氣門導管孔鉸刀分別用于進排氣門導管孔的加工。

方案二：當閥座底孔直徑較小時，可以把兩個刀設計為一體。

復合精鉸刀（見圖6）的切削參數(shù)通常為：轉(zhuǎn)速 8000～11000r/min；進給 Fn為0.24～0.3mm/r。精加工后的氣門導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)機床情況，可以達到10萬個孔以上。



圖6 復合精鉸刀