汽車零部件加工中刀具的運用實踐研究
2021-7-23 來源：安徽省小小科技股份有限公司 作者：程春利 江子杰
摘要：當前，汽車零部件加工標準顯著提升，其精密制造不僅要保證加工質(zhì)量，還要減小體積。汽車零部件加工技術(shù)含量高、工藝復(fù)雜，為了達到整車輕量化發(fā)展的需求，人們需要提高刀具的加工速度、精度與效率。本文簡要分析了汽車零部件加工中數(shù)控刀具和特制刀具的選擇及運用方式，以期為汽車零部件加工提供思路。
關(guān)鍵詞：汽車零部件；加工；刀具；運用實踐
汽車零部件加工屬于精密制造技術(shù)，工藝流程比較復(fù)雜，零部件加工質(zhì)量和體積要求較高。當前，人們要提高刀具加工速度、精度與效率，滿足整車輕量化發(fā)展的需求。因此，本文重點研究了汽車零部件加工中刀具的運用實踐。
1、汽車零部件加工中數(shù)控刀具的運用實踐
數(shù)控刀具種類繁多，不同汽車零部件加工對于數(shù)控刀具有不同的需求，因此在選擇數(shù)控刀具時，一方面要保證其符合實際加工情況，另一方面要注重數(shù)控刀具運用的經(jīng)濟性。在汽車零部件機械化加工過程中，要合理確定切削參數(shù)，以提高零部件加工的質(zhì)量與效率。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，可以將CAD設(shè)計數(shù)據(jù)直接用于數(shù)控加工中。值得一提的是，DNC微型計算機和數(shù)控機床之間的連接使整個設(shè)計、過程計劃和編程過程都在計算機上完成，并且通常不需要輸出特殊的過程文檔。數(shù)控刀具實物圖如圖1所示。
圖1 數(shù)控刀具
部分汽車零部件外部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作面較多且呈現(xiàn)出不同的角度，因此要根據(jù)零部件表面的尺寸、外部輪廓、凹凸程度等選擇最合適的加工刀具。比如，立銑刀通常用于加工平面零件的外圍輪廓；球頭銑刀、環(huán)形銑刀、圓錐銑刀和盤式銑刀通常用于加工某些實體輪廓和可變斜角輪廓。切割線間距一般采用頂部閉合距離，因此球頭經(jīng)常用于表面處理。通常情況下，平斷面銑刀具有加工效率高、質(zhì)量佳的優(yōu)勢，因此如果沒有切割等特殊性的加工需求，一般選擇平斷面銑刀進行汽車零部件的粗加工。在選擇數(shù)控刀具時，要嚴格考察刀具生產(chǎn)廠家的資質(zhì)，主要包括產(chǎn)品合格率、售出產(chǎn)品的退貨率、刀具加工精度等，雖然性能較好且使用壽命長的數(shù)控刀具價格較高，但它能夠顯著提高零部件加工質(zhì)量及效率，從長期發(fā)展角度來看，長期所獲收益遠大于短期的數(shù)控刀具購進成本，因此要根據(jù)實際情況，盡量選擇商譽度高、價格適中的刀具生產(chǎn)廠家。
在汽車零部件機械化生產(chǎn)中，刀庫具有自動化、智能化的特點，能夠根據(jù)工序自動更換刀具，檢查刀具性能是否完好等。因此，編程人員需要深入了解實際加工工作，掌握每條生產(chǎn)線所生產(chǎn)零部件的特點，確定刀具參數(shù)，并根據(jù)生產(chǎn)線中不同的工序，確定刀具的功能，繼而選擇相應(yīng)的刀具。當前，我國汽車零部件加工機床道具系統(tǒng)較為龐雜，每種刀具用途不同，編程人員還需要掌握刀具相關(guān)知識，以滿足實際加工需求。
部分汽車零部件加工企業(yè)機械化程度不足，雖然引進了數(shù)控機床，但還沒有實現(xiàn)智能化加工，當切換生產(chǎn)線或更換工序時，其需要人工進行換刀、調(diào)試等操作，不僅浪費時間，還會增加人力成本。對于此類加工方式，要合理布置切削刀具的順序。首先，要盡量減少刀具使用數(shù)量，降低更換次數(shù)；其次，夾緊工具后，應(yīng)完成所有可以執(zhí)行的加工步驟，盡量提高刀具的利用率；再次，即使是相同尺寸和規(guī)格的工具，也應(yīng)分別使用粗加工和精加工工具；最后，當前汽車零部件講求“以車代磨”，即省略粗加工環(huán)節(jié)，直接使用車床上的刀具對零部件進行精加工或半精加工，降低生產(chǎn)成本。為此，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上對比粗加工、半精加工、精加工的成本，繼而選擇合適的加工模式。
刀具使用后，要將其合理保存在刀庫中，如果刀庫安裝智能檢測等裝置，則只需要檢查裝置上顯示的代碼，以確定刀具數(shù)量及質(zhì)量。如果刀庫以人工管理為主。管理人員需要詳細檢查刀具是否有損壞、刀具性能是否完好等，當?shù)毒卟缓细駮r，要及時更換，避免加工中刀具斷裂而影響加工進度。
2、汽車零部件加工中特制道具的運用實踐
在整車行業(yè)低迷的背景下，汽車零部件行業(yè)的發(fā)展面臨著諸多困境。首先，國家加大對汽車零部件生產(chǎn)環(huán)保、安全的管控，因此加工企業(yè)需要更新加工技術(shù)與設(shè)備，經(jīng)營成本增加。其次，汽車零部件加工行業(yè)競爭激烈，產(chǎn)品同質(zhì)化問題嚴重，要想獲得競爭力，汽車零部件加工企業(yè)需要不斷創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)，切實提高產(chǎn)量、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。基于此，汽車零部件加工企業(yè)要采取有效的生產(chǎn)成本控制策略。支承軸承是一種重要的汽車零部件，支承軸承孔的加工精度影響零部件的使用壽命，加工中所使用的刀具屬于特制刀具。下面分析支承軸承孔加工刀具的應(yīng)用。
2.1 機床中的特定應(yīng)用
支承軸承孔加工包括粗加工及精加工兩道工序。在粗加工工序中，要使用硬度大、使用壽命長的刀具，以適應(yīng)快速粗加工速度和大量切削刀具的要求。精密加工應(yīng)選擇精度更高、強度高的刀具，以提高加工精度。在加工支承軸承孔時，要根據(jù)加工面的特點確定刀具參數(shù)，以免刀背與工件之間產(chǎn)生相互干擾。具體工具參數(shù)如表1所示。
表1 刀具參數(shù)
在進行特定處理之前，應(yīng)先設(shè)置工具。設(shè)置刀具時，要進行定位操作，保證支承軸承孔加工位置的準確性。在設(shè)定換刀點時，有必要結(jié)合實際的加工需求，以避免換刀點位置過遠或過近，影響加工效率及質(zhì)量。
2.2 優(yōu)化用于加工支承軸承孔的刀具
在傳統(tǒng)的支承軸承孔機械加工方式中，將粗加工與精加工分為兩道工序，分別選擇加工刀具。一方面，此種方式需要使用數(shù)量較多的刀具，會提高生產(chǎn)成本；另一方面，兩道工序需要更替，需要進行換刀，會延長加工時間。因此，要優(yōu)化用于加工支承軸承孔的刀具，當前有兩種優(yōu)化方案。一是優(yōu)化刀具的相關(guān)參數(shù)，如刀具的規(guī)格、刀具強度、刀具韌性等，以增強刀具的耐用性，繼而滿足不同工序的加工需求。二是使用組合刀具，即將粗加工與精加工兩道工序合并，選擇既能夠滿足粗加工需求，又能提高加工精度的組合刀具。例如，可以組合使用粗加工工具和銑削端面工具（見圖 2），以確保刀片的穩(wěn)定放置；精加工工具可以與下角刀組合使用，該工具由數(shù)個單頭鏜刀組成，如圖3所示。
圖2 粗加工刀具與銑端面刀具的合并
圖3 精加工刀具與下角刀合并
2.3 使用新的支承軸承孔加工刀具
陶瓷刀具是一種耐磨性好、硬度高的新型刀具，可以加工不同的汽車零部件。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，陶瓷刀具切削速度、耐用性等性能遠高于普通的金屬刀具，并能夠解決普通刀具加工中消耗大、效率低等問題，在汽車零部件加工中具有廣泛的應(yīng)用前景，并且能夠顯著提高汽車零部件加工的效率與質(zhì)量。支承軸承孔加工刀具如圖4所示。
圖4 支承軸承孔加工刀具
部分支承軸承直徑較大，使用的材料硬度較高，普通加工刀具難以實現(xiàn)高精度、高質(zhì)量加工。因此，要選擇陶瓷刀具。同時，選擇的陶瓷工具應(yīng)具有較高的耐磨性、較高的硬度和良好的彎曲性能。然而，普通陶瓷工具的脆性較大，因此加工過程中的抗切割性較大。為了提高切削工具的強度，應(yīng)選擇負前角工具。確定切削刀具后，有必要選擇科學(xué)合理的切削參數(shù)，以確保加工效果。要選擇較大的切削深度，以減少加工時間并提高加工效率。
確定進給速度時，應(yīng)綜合分析加工表面的粗糙度、零件的剛度和刀片的強度。如果零件剛度和機床功率允許，則可以選擇更高的速度。經(jīng)過切削試驗后，對零件的余量進行比較和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該余量減少了0.5~3.5 mm，基本上達到了粗磨余量要求。
3、 結(jié)語
當前，機械加工已經(jīng)成為汽車零部件的重要發(fā)展趨勢，因此要注重數(shù)控刀具的選擇及參數(shù)的確定。同時，要不斷優(yōu)化刀具的使用方案，比如，采用組合道具或優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)，以減少刀具使用數(shù)量，增加刀具的耐用性。此外，要加大對數(shù)控刀具的研發(fā)力度，運用新型加工刀具，比如，防震S-可換頭SMSR刀具有不同的規(guī)格，鎖緊部采用M螺紋形狀，能夠與硬質(zhì)合金桿配套使用，采用正前角切削刃形狀的42°～45°強螺旋角、不等分割及不等排屑槽設(shè)計。另外，人們要選擇抗氧化性、抗熱性高的材料，每個切削刃口需要設(shè)有內(nèi)冷孔，給切削刃口提供充分的切削液，改善粘刀問題并一致加工振動，該方法可廣泛應(yīng)用于與鈦合金、耐熱合金等有關(guān)的汽車零件加工。
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