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汽车零部件加工对刀具的新挑战 汽车零部件加工对刀具的新挑战 2011-01-06汽车零部件加工对刀具的新挑战 - 关键字：刀具 汽车零部件生产在总体上是一个典型的大批量生产模式，制造成本成为零部件生产商考虑的一个重要环节。目前，一方面是国外汽车零部件厂商纷纷登陆中国，抢占中国汽车零部件市场，从而导致一些国内汽车零部件厂商倍感压力；另一方面是汽车制造的批量越来越小，产品生命周期越来越短，产品的更新越来越快；还有一方面就是在不断提高汽车环保要求的同时，对汽车制造过程的绿色无污染或少污染的要求也在不断提高。 基于上述这些因素的影响，与零部件制造密切相关的刀具也面临着各种挑战。 1.零部件材料的变化 汽车零部件正在朝着轻量化的方向发展。研究表明，一辆轿车的质量若能减少10%，则其燃油经济性可提高3%~4%，同时汽车的排放也会降低。为此，各国的汽车制造厂家为了使发动机轻量化、高速化、高功率化，并且有较高的耐久性，各种质量轻、强度高的材料在汽车零部件中的应用越来越广泛。铝合金的发动机缸体已经成为汽车轻量化的首选，蠕墨铸铁、超级合金等也在汽车制造中占据一席之地。这些都对刀具提出了新的挑战。 应对铝合金，尤其是高硅铝合金的应用，金刚石刀具的应用越来越多。这里所说的金刚石刀具，既包括焊有金刚石片的刀具，也包括金刚石涂层刀具。德国赛利公司提供的一种商品名为CCDia的纳米结构金刚石涂层，就对高硅铝合金的加工提供了一个优秀的解决方案。而肯纳金属也推出了一种不含粘结剂的纯金刚石涂层产品KD1405，也是为了解决类似的加工高硅铝合金的刀具耐磨性问题。 蠕墨铸铁(CGI)是近期在汽车零部件制造中用到的一种新型铸铁材料。蠕墨铸铁中的石墨呈珊瑚或蠕虫状，其金相结构不会像灰铸铁一样，会在加工中使应力增大和产生断裂线，而且不会像球墨铸铁那样，造成导热率的损失。这种特性使蠕墨铸铁成为一种制造发动机高强度部件的材料。其加工特性介于球铁延展性与灰铸铁脆性之间，切屑为部分断裂。CGI的导热率为灰铸铁的78%，这会加大刀具的热磨损效应；CGI的延展性好，抗拉强度和疲劳强度约为灰铸铁的两倍，这会使其更易产生毛刺。德国瓦尔特公司为铸铁加工研发了所谓的老虎刀片Tiger·Tec技术，并在后来将这一技术扩展到钢件、不锈钢、难加工材料等多个领域。老虎刀片标志性的双色涂层，针对前后刀面的不同加工特点使用不同的涂层，改善了对蠕墨铸铁的加工。山特维克可乐满的GC1020则有一层钛铝氮化物的物理涂层，能在较硬的刀片基底和应对不同加工性能所需的韧性之间达到必要的平衡，从而改善蠕墨铸铁的加工。 肯纳则在铸铁加工中除推出如KC9315等涂层硬质合金刀片外，还推进使用氮化硅陶瓷刀片如纯氮化硅的KY3500以适应更高的加工速度。 2.加工高速化 为了降低加工成本，提高加工效率成为许多汽车零部件厂商关注的一个重点。而在提高加工效率的措施中，最容易想到的，也许就是加工速度的提高。笔者在2006年对肯纳金属的金属加工解决方案集团副总裁伯纳德·诺斯的采访时，诺斯先生介绍说，在5年前肯纳推出其用于钢件加工的涂层硬质合金牌号KC9110时，客户应用这种牌号的平均切削速度约为250m/min，而现在已经达到平均320m/min。 加工的高速化带来对刀具更为严酷的要求。为了适应这种要求，刀具厂商采用了各种措施。肯纳介绍说，他们已经突破了过去CVD涂层20μm的极限，现在已经可以达到30μm。这是改善涂层与基体结合力、改善多层涂层的层间结合力、改善表层涂层与工件的接触等多种技术的结果。 山高刀具则发表了他们研究和改善涂层晶核形成的成果。山高刀具认为，最优化的成核作用使得磨损性能显著提高，而且这些种类的α-Al2O3层通常由相对较小的、表现为无孔隙度的无缺陷颗粒组成。[1 01 4]结构的α-Al2O3层表现出最佳的耐磨性。山高新的α基Al2O3镀层DurAtomic的制造水平达到原子级。结果使机械和热特性超过所有目前生产的Al2O3的能力。与传统生产的Al2O3相比，DurAtomic镀层表现出更高的耐久性/韧性、杰出的耐热/耐磨性、化学惰性，并因此减少有关积屑瘤形成的倾向。 随着切削速度和加工效率的提高，降低切削力和切削热成为刀具改进的又一个方向。例如伊斯卡的风火轮铣刀，该铣刀的刀片为锯齿状切削刃，在加工中相互交叠，这种科学的刀具结构使加工更加高效。这样的铣刀在加工中的刀具稳定性高，切屑被加工为更细小的切屑，而且切削力小，因此所需机床功率也低。 3.近净尺寸 随着毛坯的制造精度越来越高，汽车零部件的毛坯的形状和精度越来越接近于最后的成品尺寸，这就是所谓的近净尺寸(NNS，Near Net Shape)。实现了近净尺寸的毛坯，不同于传统的毛坯成形技术的产品，这些毛坯具有精确的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙