刀具技術(shù)|用帶有斷屑槽的PCD刀具加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體

近年來(lái)，汽車制造業(yè)出現(xiàn)了大量使用輕型鋁合金材料的趨勢(shì)，其目的是減輕飛機(jī)和汽車的重量，進(jìn)而降低對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的需求。根據(jù)歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)（EAA）發(fā)表的研究結(jié)果，2000年以前歐洲每輛新汽車用鋁量?jī)H僅只有50KG，到2010年，每輛汽車用鋁量已經(jīng)增加到160KG以上，由于鋁制零件使汽車重量減輕，每年可以節(jié)約10億公升以上的燃油，并且在這些汽車的生命周期中，可使二氧化碳排放量減少大約4000萬(wàn)噸。
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在汽車的車身重，大部分鋁制零件集中在空調(diào)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、減震器零件和轉(zhuǎn)向柱上；在汽車底盤和懸掛總成中，鋁制零件主要集中在輪轂、懸掛支架和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配件上；在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，大部分鋁制零件位于氣缸蓋、汽缸體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、泵和冷卻器上。此外，鋁合金在密封件、車身外殼和底盤上的應(yīng)用也在不斷增加。
但是由于鋁合金的硬度不太高，并且具有較高的韌性，因此其切削加工比較困難。在加工時(shí)鋁合金容易與刀具材料產(chǎn)生粘結(jié)并出現(xiàn)冷作硬化現(xiàn)象，因此在低速切削時(shí)，刀具的前刀面上容易產(chǎn)生積屑瘤。選用PCD刀具，由于PCD刀具本身硬度高，PCD面經(jīng)過(guò)研磨拋光，加工時(shí)不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，刀具會(huì)有更長(zhǎng)的加工壽命，并且PCD刀具的加工速度可高達(dá)3000m/min，獲得更好的表面加工高質(zhì)量。
由于某些高強(qiáng)度鍛造鋁合金在切削加工時(shí)具有產(chǎn)生有害的緞帶形切屑和螺旋形切屑的趨勢(shì)，因此給加工造成了嚴(yán)重的問(wèn)題。此類切屑不僅會(huì)影響刀具的切屑性能，還可能對(duì)機(jī)床造成損壞，導(dǎo)致在加工過(guò)程中不得不頻頻停機(jī)，清理被切屑堵塞的區(qū)域，使用斷屑槽可以消除切屑纏繞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效率、無(wú)故障的切削加工。
在機(jī)械加工中，金屬切削過(guò)程是刀具和工件相互作用的過(guò)程，在這一過(guò)程中將產(chǎn)生大量的切屑，切屑過(guò)長(zhǎng)將會(huì)影響加工表面質(zhì)量、刀具壽命、操作者的安全以及生產(chǎn)效率；切屑過(guò)碎，則造成切屑飛散和堆積，引起切削振動(dòng)，損害刀具壽命，降低加工質(zhì)量。所以要想保證機(jī)械加工的加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率就必須采取合理的斷屑技術(shù)，將切屑折斷成適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，以便排除和處理切屑，尤其是在自動(dòng)化生產(chǎn)中更為關(guān)鍵。實(shí)際加工中有許多斷屑方法，但是利用刀具斷屑槽進(jìn)行合理的斷屑是斷屑過(guò)程中非常有效的一種斷屑手段。
斷屑槽是利用材料的加工硬度和受沖擊、受擠壓而達(dá)到破壞強(qiáng)度的原理來(lái)斷屑的，刀片斷屑槽能使刀屑按預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行卷曲、流動(dòng)和折斷，使其形成“可接受”的良好屑形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)切屑的有效控制。
結(jié)合PCD刀具的優(yōu)良性能，在PCD刀具上加工設(shè)計(jì)合理的三維斷屑槽可以有效防止產(chǎn)生不受歡迎的緞帶形和螺旋形切屑。這種三維PCD斷屑槽除了可增強(qiáng)對(duì)切屑的控制外，集成在斷屑槽中的較大剪切角還能降低工件的熱膨脹厚度減小切削壓力，從而可提高工件的加工精度，省略二次加工，同時(shí)還能延長(zhǎng)刀具壽命，研究表明，與不加工斷屑槽的PCD相比較，帶有三維斷屑槽的PCD刀具使用壽命至少可以增加20 30%。通過(guò)有效控制切屑，還可降低產(chǎn)品報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在鉆孔加工中，切屑可以順暢排出孔外，而不會(huì)損害內(nèi)孔表面光潔度。由于工人不必再去處理由鋒利切屑形成的“大鳥巢”，操作安全性也有所提高。
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因此，在PCD刀具上合理的設(shè)計(jì)以及精確高效加工三維斷屑槽尤為重要，它不僅可以提高PCD刀具的使用壽命，加工效率，還可以提高工件的加工質(zhì)量，機(jī)床壽命，操作安全。
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工刀具增加斷屑槽作用：
1、加工時(shí)有效防止產(chǎn)生緞帶形和螺旋形切屑，提高工件加工精度，省略二次加工。
2、加工時(shí)鋁屑不會(huì)纏繞在刀具上，刀具壽命至少提高20 30%。
3、孔加工時(shí)，有斷屑槽的刀具可以有效的控制切屑，使其能夠順暢排出孔外，不損害內(nèi)孔表面光潔度，提高產(chǎn)品合格率。
4、不用人工清理鋁屑，提高操作安全性。