为适应汽车工业需要,工具制造厂商也推出了铣削铸铁及其它材料铣刀刀片系列。现有些汽车零件采用淬硬加工,以提高生产率降低成本。如加工淬硬黑色金属,可选用装有CBN或陶瓷刀片的铣刀。
一、Valenite公司为适应汽车工业需求开发QC铣削刀片
早期汽车生产线上,每个工位要固定节拍时间内完成一个工序加工。然后,工件被传送到下一工位,这种传送只能等最慢工序加工完成才能进行,这时每道工序切削速度、进给量、走刀次数都固定不变,某一道工序需要换刀就要整条生产线都要停下来,因此刀具寿命对生产效率影响非常突出。Valenite公司产品发展部经理Reiterman提出:刀具寿命为半个班、一个半班都不好,刀具寿命能稳定地达到一个班,使换刀下班之后进行最起码要求。下一个目标才增加刀具寿命到2、3或4个班。
选用高硬度、高强度刀具材料工业自动化网版权所有,再附以适当涂层,延长刀具寿命首要措施。但,Reiterman认为,改进刀具几何形状,也增加刀具寿命重要手段,特别铣削铸铁时。他指出,汽车工业,加工一系列合金铸铁,包括灰铸铁、球墨铸铁高密度球墨铸铁。这些铸铁都有不同加工特性,其灰铸铁含有网状硬组织,表现为脆性,加工时,刀具易产生崩刃;球墨铸铁高密度球墨铸铁有一定塑性,可产生铁屑,但刀具切出时,工件也会产生“翻边”,导致刀尖损坏。Reiterman还指出,同样工件铸造过程不同,其加工性能也不同。例如,薄断面、快速冷却会使铸件产生特硬、难加工表面。另外,加工性能也可能因铸造批次不同配料批次不同而有所不同。
Valenite公司新开发用于加工铸铁QC铣刀刀片,它有四个切削刃,刀刃带有正前角,主切削刃与副切削刃间有几种刀尖圆弧可供选择金属加工网版权所有,副切削刃处专门设计了修光刃。
当精铣或浅切深铣削时,刀尖圆弧大小至关重要。这种情况下,刀尖圆弧半径应比切削深度大些,这样就产生了一个刀尖圆弧与工件间主偏角,它对加工铸铁时避免刀尖崩刃起到很好作用。锋利刀刃对于加工铸铁时振动很敏感,极易产生崩刃。因此,刀尖圆弧主偏角处刃口要珩磨修圆。另一方面,修光刃作用为了去除进给刀痕 “波峰”,珩磨降低了修光刃切削能力--使它变得不锋利了,会使加工表面有挤光迹象。QC刀片前角正值,可以有效地降低切削力,利于排屑。可以根据工件材料特性,方便地订制最适宜铣刀刀体,达到减小切削力、减少热量堆积、延长刀具寿命目。不同铸铁铣削过程,使用QC刀片,可以增加刀具寿命。
二、Iscar公司开发用于汽车工业Auto2000铣刀
汽车生产从使用古老刚性生产线到目前先进柔性制造系统,完成了数字化转变。而对于汽车本身,则出现了能源多元化发展趋势。这一变化直接影响到汽车结构汽车零件材料选用。因此,汽车制造业正寻求既能方便使用又能适应多种金属材料刀具。为此,Iscar公司发展了一个新汽车工业专用铣刀系列,该铣刀系列称之为 Auto2000铣削系统。其特点,定位刀片轴向高度刀片座环精磨过,这样可大量节省刀具调整重调时间。刀具可用于精铣、半精铣灰铸铁、可锻铸铁汽车业常用球墨铸铁。采用最大切削深度为5mm。刀片为八角形汉阳科技版权所有,每个刀片有16条切削刃,轴向有正前角卷屑槽,减小了切削力。另外,刀尖后部带有修光刃,可提高工件表面质量。
三、铣削用陶瓷刀片使用效果
模块式生产线或柔性加工单元(FMC)上,借助数控技术调整切削参数很容易,这样更有利于充分发挥先进刀具全部潜能。Kennametal公司铣刀部经理 Marshall说,对于铣削灰铸铁,要获得最高生产率,氮化硅最佳选择。即使760~1370m/min切削速度下使用,其进给速度刀具寿命仍可与硬质合金相比。
全国精密产品公司(NPP)试用Kennametal公司氮化硅 Kyon3500制成Fx-perfect刀片后,认为与硬质合金刀具比较,进给量提高了3~4倍后,刀具寿命仍有所提高。比如,用φ25.4mm整体硬质合金立铣刀,一次重磨可加工300件,用φ76mm装有Kyon3500Fix-perfect刀片面铣刀时,加工超过2000件/刃或16000件 /片。
据NPP公司介绍,球墨铸铁比灰铸铁难加工,需要对切削速度进行调整。每齿金属切除率与加工灰铸铁相同情况下,加工球墨铸铁,其切削速度为 v=730m/minnc.qoos.ipi,加工灰铸铁,切削速度为v=914~1219m/min。氮化硅Kyon3500刀具材料性能优越,虽然其价格比硬质合金贵,但生产率提高带来效益远胜于刀具费用增长。关键机床功率刚性要足够。虽然陶瓷用于铣削可达到很高切削速度,刀具寿命也很长,但如果切深达到3.8mm,机床功率就达到20马力也带不动。因此只能降低一点切削速度,这样做并没有充分发挥出陶瓷优越性能。
四、铣刀几何角度改进
根据NPP公司经验,机床功率不足时,正确地选择刀具几何角度,也能扩大低功率机床生产能力。比如,按传统,加工铸铁铣刀带有负轴向径向前角(双负角铣刀),这种负几何角度使刀刃比较牢固。相反,正负角铣刀(轴向正前角、径向负前角)切削平稳,也降低了机床功率要求,更便于采用先进刀具材料。
根据刀片牌号用途,铣刀刀片刃口可以锋利,也可以磨出0.013mm~0.076mm倒棱。对于Kyon3500陶瓷刀片磨出一个20°倒棱,倒棱宽度为0.2mm,以防刀刃高速下被切屑打坏。
Kennametal公司Fix-Perfect系统一个不同正负角组合产品系列。其特点于:由于刀片采用立装型式,刀刃下部有较强实体支承,增加了刀刃强度。负轴向前角使切削力向着主轴,铣刀工作稳定。而且,负轴向前角能使最早切入工件“冲击点”离开刀尖,对刀尖起保护作用。
Fix-perfect铣刀带有刮光刀片,可用于粗铣精铣。表面粗糙度可达32(轮廓均方根偏差值),这样可减少一次精铣加工,也减少了循环时间。
五、刀具要适应汽车各类零件材料变化
由于铸铁坚硬性很高抗压强度,并且能铸成很复杂形状,所以一直用于制造汽车发动机箱体其它零件。后来CAFE(Corporate- average-fuel-efficiency)等推动下,开始轻型运载工具上减少重合金用量。1980年,按照美国铸造协会规定,家用汽车控制600 磅铸铁,到1999年,其平均值降了近一半,达到325磅,预计2006年降到230磅。另一方面,制铝业分析预测,汽车铝件应用5年内将上升50%,从 2000年250磅/辆,到2005年将达到380/辆。
大量生产加工铝件,需要用聚晶金刚石(PCD)刀具。加工时产生切屑PCD刀具损坏主要原因。
要保持PCD刀具切削刃完整,最好使切削负荷均匀分布到每个铣刀刀齿上。因此,精密调整(特别轴向)延长PCD铣刀寿命重要手段。如 Ingersoll铣刀Flex-Lok刀垫能允许对立装刀片进行精密调整,然后用桶形螺钉把刀片固定。这样,铣刀上每个刀片负荷均衡,从而可获得最长刀具寿命。
加工铝合金对刀具几何角度有特殊要求,航空工业用铝合金,因其粘性大、硅含量低,所以应采用大正前角刀具;对于汽车工业用含硅量高铸造铝合金,就不必用太锋利正前角,而应以稳定、耐用为主。因此,大多数汽车制造厂商加工铝合金,都选用较小轴向径向正前角。