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高速銑削加工在汽車發動機的加工應用

高速銑削加工在汽車發動機的加工應用

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【摘要】:
高速銑削加工在汽車發動機的加工應用传统的发动机缸体、缸盖铣削加工大量采用专机生产线,生产效率低下、生产节拍慢,生产成本高,如今,随着新设备、新工艺的不断采用,发动机缸体、缸盖的铣削加工逐渐采用数控高速加工中心以替代这些传统的专机生产线,向着高速铣削的方向发展,许多加工中心机床的主轴转速已可达数万转。另外,为了提高生产效率,逐步减少或合并加工工序,如取消半精加工、粗加工后直接进行精加工、面粗铣后一次

高速銑削加工在汽車發動機的加工應用

傳統的發動機缸體、缸蓋銑削加工大量采用專機生産線,生産效率低下、生産節拍慢,生産成本高,如今,隨著新設備、新工藝的不斷采用,發動機缸體、缸蓋的銑削加工逐漸采用數控高速加工中心以替代這些傳統的專機生産線,向著高速銑削的方向發展,許多加工中心機床的主軸轉速已可達數萬轉。另外,爲了提高生産效率,逐步減少或合並加工工序,如取消半精加工、粗加工後直接進行精加工、面粗銑後一次精銑達到要求,且在粗銑中盡可能多地切除加工余量、然後進行一次精加工保證加工尺寸和形狀、位置精度及表面加工質量。

隨著數控設備與高速銑削工藝的推廣使用,數控刀具材料也發生了巨大變化。近年來,在發動機缸體、缸蓋加工中主要采用以硬質合金材料爲主的各種銑刀代替了傳統的高速鋼刀具,銑削速度大幅提高,加工效率提高了數倍,爲銑削加工全面進入高速銑削階段起到了重要作用。隨著塗層技術的發展,硬質合金刀具的耐磨性和韌性得到了大幅度的提高,目前,國外硬質合金可轉位刀片的塗層比例已達70%以上。

另外,隨著陶瓷材料組成結構和壓制工藝的不斷改進,陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多,強度和韌性逐步提高,擴大了應用領域和加工範圍,在發動機灰鑄鐵缸體、缸蓋的精加工、半精加工中能夠代替硬質合金,切削速度可達硬質合金刀具的2-5倍,提高了加工效率和産品質量。

近年來,隨著發動機缸體、缸蓋銑削加工向更高的銑削速度發展,硬質合金刀具與陶瓷刀具已難以滿足使用要求,特別是當銑削速度達到5000m/min以上時,聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)將成爲迄今發現、可供選擇的兩種超硬刀具材料。

    PCD刀具材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数等特点,在端面铣削铝合金缸体、缸盖时,可实现高速、高精度、高稳定性加工,如采用铝基体刀盘、直径为100mm六齿高速銑刀,最高切削速度可达7000m/min,且使用壽命很長。      

PCBN材料的硬度僅次于金剛石,與鐵的反應呈惰性,特別是其紅硬性好,在1000多度的高溫下仍能保持其硬度和良好的切削性能,適應高速銑削的需要,在灰鑄鐵缸體、缸蓋加工中獲得了良好的應用效果,能夠實現“以銑代磨”,與硬質合金刀具相比,其切削速度可提高一個數量級。

整體PCBN刀具在高速銑削發動機灰鑄鐵缸體、缸蓋中的應用

PCBN是將精選的CBN晶體在高溫高壓下燒結而成的超硬材料。影響PCBN 刀片性能的主要因素爲CBN的含量、晶粒尺寸和粘結劑種類。CBN含量主要影響PCBN的硬度和耐磨性,含量越高,PCBN的硬度和耐磨性越高;CBN的晶粒尺寸影響PCBN的耐磨性和抗破損性,晶粒尺寸越大,耐磨性約好,而抗破損能力越弱;PCBN中的粘結劑有金屬粘結劑(Co、Ni、Ti、Al等)和陶瓷粘結劑(TiC、TiN、Al2O3等),一般加金屬粘結劑的PCBN刀片具有較好的韌性,而加陶瓷粘結劑的PCBN刀片具有較高的耐熱性。

目前,PCBN刀具坯料可分爲兩大類:一類是整體聚晶體,由無數細小的CBN单晶体在高温高压下烧结而成;另一类是以硬质合金为基体、高温高压下在其表面烧结一层CBN微粉制成的复合片。PCBN复合片将PCBN材料的高硬度、高导热性及高热化学稳定性和硬质合金基体的强度与韧性结合在一起,因而具备较高的耐磨性和一定的抗冲击破损能力。但随着切削速度的提高,切削过程中产生大量的切削热,而硬质合金和PCBN材料的热膨胀系数差别太大,在高温下容易导致脱层,从而影响PCBN 复合片的抗冲击破损能力。

 PCBN材料的發展過程是由複合片發展到整體式刀片,PCBN材料中 CBN含量達90%、硬度高、紅硬性好,切削加工時有很好的耐磨性和高的熱穩定性;形狀爲整體式,使刀片具有高的機械強度,可用于斷續切削,在加工鑄鐵材料時具有很高的刀具壽命。

  采用PCBN材料銑削發動機缸體平面,不僅大大提高了發動機缸體的加工效率,而且節省了大量的設備投資,提升了發動機生産線的柔性度。

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