汽車發動機制造行業刀具自主設計制造的技術應用
2019-8-7 來源： 上汽通用東岳動力總成有限公司工廠技術支 作者：黨戰國，張秀磊，張敏坤
摘 要：隨著國內外發動機制造及機加工行業的發展，硬質合金類刀具應用日趨廣泛，行業內主要分銑刀類、鉆頭類、鉸刀類、絲錐類，如圖 1。主要用于銑面、鉆孔、鉸孔、攻絲最終制造出合格產品，以滿足客戶需要。目前在國內外發動機制造行業內，硬質合金類刀具依舊是從刀具專業制造廠家選購，即使具備修磨設備，因技術保密及能力限制無法實現刀具自主設計制造，所以發動機制造廠家如果能夠具備刀具自主設計制造能力，將在行業內是一個新突破。
關鍵詞：硬質合金；刀具；自主設計制造
1 、項目簡介
上汽通用東岳動力總成有限公司在行業內創領了刀具自主設計制造業務并已穩定應用于工廠使用，實現刀具優化的深度突破降本。
針對 SGM-DYPT 硬質合金刀具自主設計制造項目的推廣應用，刀具團隊不斷進行技術總結，并將整理成冊用于公司自主產權并計劃申請專利進行技術保護及推廣應用。
2、關鍵技術
硬質合金類刀具自主設計制造項目的關鍵技術，重點分以下幾個方面：
2.1 項目攻關難點
（1）核心參數選型
刀具制造核心參數廠家保密，刀具自制需掌握全工序的所有參數選型能力。
圖 1 常用硬質合金刀具
（2）修磨設備產能緊張
刀具修磨業務產能緊張，在線自制程序研究、調試、試制需占用很大設備產能。
2.2 制造工藝規劃
2.2.1 國內大型刀具制造廠家制造工藝
傳統的刀具制造工藝大多從原材料鎢粉開始，經過原材料微量元素的配比混料，然后烘干高溫高壓成型成為毛坯棒料，然后再根據刀具加工材質及工況，選擇不同的加工工藝
進行粗磨。最終實現刀具制造成品交付最終客戶使用。全周期工藝流程如圖 2：
圖 2 傳統刀具制造工藝
2.3 大多數刀具制造廠家制造工藝規劃
目前大多數刀具制造廠家直接外購毛坯棒料進行制作刀具。鉆頭、銑刀類生產工藝流程如表 1：
表 1 鉆頭銑刀類傳統制造工藝流程
鉸刀生產工藝流程如表 2：
表 2 傳統鉸刀制造工藝流程
絲錐生產工藝流程如表 3：
表 3 傳統絲錐制造工藝流程
2.4 上汽通用東岳動力總成工藝規劃
從 2014 年開始，上汽通用東岳動力總成開始研究刀具自主設計制造。
基于刀具團隊具備刀具自主修復經驗，結合公司修磨設備及技術能力，為快速推進刀具自主設計制造業務。刀具團隊進行了制造工藝精簡如圖 3，并針對刀具進行了結構設計
優化降本，在滿足生產需求的情況下大幅降低制造周期及成本。
圖 3 精簡工藝流程
3、 模擬設計軟件應用
刀具制作工藝選定后針對刀具參數的設計運用的大量的模擬仿真及模擬制造軟件，提前規避風險，提高成功率。 刀具設計初期使用 WALTER 磨床模擬軟件如圖 4、Third wave 切削仿真軟件如圖 5，降低刀具在線試制及試切成本。
圖 4 WALTER 模擬制造軟件
圖 5 THIRD WAVE 切削仿真軟件
4 、制造關鍵參數選擇
核心制造參數選型：經過查閱資料及交流總結，辨識出刀具 30 種以上制造參數，重點如圖 6：
圖 6 重點刀具制造參數
5、棒料的選擇方案對比
表 4 棒料方案選型案例
棒料選材：結合加工材料及刀具棒料規格對比國內外多家棒料樣本，作各種方案對比，舉例如表 4。
6、工藝參數的選擇
針對關鍵參數制定各種不同方案對比驗證，舉例如表 5：
表 5 刀具設計參數選型方案案例
7 、上線加工驗證
圖 7 刀具前刀面磨損寬度對比
圖 8 刀具后刀面磨損寬度對比
圖 9 刀具后刀面粘屑寬度對比
刀具試制并切削驗證：488001 為試點刀具進行刀具試制，按照相同刀具壽命前刀面磨損如圖 7、后刀面磨損如圖 8及粘屑情況如圖 9，經多輪方案反復試制及試切驗證，最終判定刀具設計制造質量表現。
8 、制造參數總結
經自制驗證每款刀具總結出合理參數，以 488025 銑刀為例最終參數選型如表 6：
表 6 刀具設計參數選型定點
9 、影響性及效益水平
9.1 銑刀柄部側冷方案已推廣至所有生產線，可推廣至其他基地。
9.2 新刀自制業務使刀具團隊修磨人員技能大幅提升。
9.3 2015 年新刀自制業務累計降本 103 萬；2016 年自制業務累計降本 165 萬；2017 年截至到 8 月份自制業務降本 143 萬。
10 、結語
作為汽車發動機制造行業，刀具自主設計制造項目將不僅在刀具成本降低上釋放效益，針對刀具團隊技能水平及整體業務核心競爭力將同樣受益匪淺，項目影響性及收益將伴隨上汽通用東岳動力總成有限公司刀具業務的繼續拓展不斷釋放，不斷為公司釋放效益。
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