為重型柴油機(jī)加工提供最適合的刀具方案
——瓦爾特?cái)y先進(jìn)技術(shù)走進(jìn)洛陽一拖集團(tuán)
2013年4月15日---16日，全球知名刀具生產(chǎn)商瓦爾特在河南洛陽一拖集團(tuán)參與了該集團(tuán)重型柴油機(jī)項(xiàng)目加工技術(shù)分析與交流活動。該交流會由一拖集團(tuán)與機(jī)電商報(bào)社共同組織，在集團(tuán)技術(shù)中心舉辦，參與者均是集團(tuán)的技術(shù)和研發(fā)骨干。由于此次交流會的專業(yè)性、先進(jìn)性、實(shí)效性極強(qiáng)，一拖集團(tuán)高層管理人員給予了高度重視并深度參與。
洛陽重型柴油機(jī)廠坐落在洛陽動力谷——洛陽市重點(diǎn)打造的國際先進(jìn)節(jié)能環(huán)保新型動力機(jī)械制造業(yè)基地。作為一拖重型柴油機(jī)制造基地，這里裝備有一系列世界尖端制造設(shè)備，高、精、尖的生產(chǎn)線將實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)最大功率從130馬力提高到300馬力，排放量達(dá)到歐盟Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)目標(biāo)。該項(xiàng)目總投資4.8億元，分兩期進(jìn)行：一期投資2.9億元，年產(chǎn)K114、S116大功率柴油機(jī)各5000臺;二期在此基礎(chǔ)上擴(kuò)大產(chǎn)能。項(xiàng)目全部建成后，可年產(chǎn)4萬臺大功率柴油機(jī)。
在本次交流會上，瓦爾特的行業(yè)專家結(jié)合重型柴油機(jī)各個關(guān)鍵部件的加工難點(diǎn)不僅就刀具解決方案進(jìn)行了針對性的介紹，還分享了眾多成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
圖1：技術(shù)交流不僅包括了介紹，更重要的是現(xiàn)場積極互動，針對性解決問題。
粗精加工燃燒室面和油底殼面時(shí)，受到刀庫、換刀機(jī)械手、以及主軸功率的限制，一般用戶都會使用Ø125或者Ø160的刀盤，瓦爾特著重推出了F4045的七邊形面銑刀盤，這款面銑刀為45度主偏角，使用刀片為七邊形，擁有14個有效切削刃可帶來最經(jīng)濟(jì)的成本效應(yīng)，刀盤為Ø160，密齒銑刀(Z=22)，同時(shí)這款刀具也可選用Ø200，Z=28的另一類型。
圖2：F4045 七邊形盤銑刀
這款刀具有多個非常突出的特點(diǎn)，其中刀片鎖緊部分：使用鍥塊式刀片鎖緊結(jié)構(gòu);使用Torx Plus 螺釘，提高了操作性能，鎖緊扭矩和松開扭矩更大。這兩個特點(diǎn)帶來的直接效果就是可以快速更換刀片，并且刀片定位鎖緊更加穩(wěn)定。刀片部分：使用七邊型負(fù)型刀片，具有最大化的切削刃數(shù)量;前角為正型，切削更加輕快，可有效降低切削功率消耗;刀片具有CVD或PVD涂層可選。
圖3：鍥塊式刀片鎖緊
圖4：兩種涂層的刀片，瓦爾特(Tiger.tec)老虎刀片和瓦爾特 (Tiger.tec Silver) 銀虎刀片
而針對洛陽重柴項(xiàng)目的加工特點(diǎn)，瓦爾特認(rèn)為PVD涂層的銀虎刀片進(jìn)行加工最為適合，該刀片性能鋒利，并且有很強(qiáng)的抗熱裂紋的能力，加工時(shí)的線速(Vc)可以達(dá)到100m/min。同時(shí)這款刀具的刀體表面經(jīng)過鍍硬鎳處理，使得抗磨損和抗腐蝕能力更強(qiáng)，排屑更加流暢。
在精加工燃燒室面時(shí)，F(xiàn)4045的結(jié)構(gòu)可以改制成非標(biāo)形式，依據(jù)客戶需求和刀盤的直徑可以變化為整體式或帽蓋式結(jié)構(gòu)，可在端面安裝修光刃刀片，并且修光刃刀片具有4個切削刃，使用小刀夾調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
圖5：F4045精加工非標(biāo)刀具，具有小刀夾調(diào)節(jié)的4刃修光刃刀片
在粗加工汽缸孔時(shí)，根據(jù)加工時(shí)切削余量不均勻、要求大進(jìn)給、耗時(shí)長且不能有振動等特點(diǎn)，瓦爾特介紹了整體刀桿帶小刀夾設(shè)計(jì)的非標(biāo)刀具，由于使用多刀齒和正前角刀片，不等矩設(shè)計(jì)以減少振動，采用抗振系統(tǒng)，該刀具已成功地幫助多個用戶解決了加工難點(diǎn)。
圖6：粗加工汽缸孔非標(biāo)刀具
在精加工汽缸孔時(shí)，瓦爾特MODCO帶自動補(bǔ)償?shù)木M汽缸孔鏜刀則更為勝任。該刀具有4個半精鏜小刀夾推鏜，并有一個倒角小刀夾加工孔口倒角，加工時(shí)小刀夾彈出拉鏜汽缸孔;可使用車間內(nèi)的壓縮空氣或冷卻液通過機(jī)床主軸驅(qū)動刀具，瓦爾特提供整套系統(tǒng)，包括鏜刀、控制系統(tǒng)和量具，使加工形成一個閉環(huán)。加工出的汽缸孔圓柱度小于10um，加工時(shí)可以補(bǔ)償?shù)镀p，沒有外置的拉桿或者無需特殊的補(bǔ)償器，調(diào)節(jié)器的最小尺寸調(diào)節(jié) < 5um，最低只需要4bar的壓縮空氣，適合高速加工，可以采用CBN刀片或者PCD刀片。
圖7：瓦爾特帶補(bǔ)償機(jī)制的MODCO刀具
在加工缸蓋部分，瓦爾特著重講解了粗精加工座圈底孔和導(dǎo)管孔底孔的系列刀具。在加工這類孔時(shí)往往需要進(jìn)行倒角并修正氣道，而修正氣道時(shí)切削深度是會變化的，并且修正氣道是重度的斷續(xù)切削，極易產(chǎn)生振動。針對以上加工特點(diǎn)，瓦爾特設(shè)計(jì)了機(jī)夾式復(fù)合鏜刀用以粗加工，齒數(shù)設(shè)計(jì)為2+1+1，針對加工工件的不同可選擇使用標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)刀片，刀具無需調(diào)整，操作容易，加工安全;可實(shí)現(xiàn)粗鉆，擴(kuò)和孔加工一體。
圖8：缸蓋孔加工
圖9：機(jī)夾式復(fù)合鏜刀用以粗加工座圈底孔和導(dǎo)管孔底孔
精加工座圈底孔和導(dǎo)管孔底孔的要求相對更高，孔徑一般為IT7, 有時(shí)要求 IT6，圓度小于10µm，導(dǎo)管孔對座圈孔的同軸度大約為20µm，表面質(zhì)量要求Rz = 2µm，角度公差+/- 0.25°，而一般以燒結(jié)合金或含銅燒結(jié)合金為加工材料。針對一拖專機(jī)加工的特點(diǎn)，瓦爾特設(shè)計(jì)了新的解決刀具：該刀具使用雙桿驅(qū)動，大拉桿驅(qū)動滑塊，內(nèi)置小拉桿驅(qū)動鉸刀;精車氣門座圈倒角，機(jī)床主軸與滑塊2軸聯(lián)動，一個刀片可加工不同角度或圓弧;動平衡的設(shè)計(jì)以及輕盈刀體適合于高切削速度;前端伸出的多刃整體硬質(zhì)合金多刃鉸刀帶有內(nèi)冷孔。
圖10：瓦爾特設(shè)計(jì)的用于專機(jī)的精加工座圈底孔和導(dǎo)管孔底孔的刀具
針對缸體缸蓋加工的常用工件材料鑄鐵和蠕墨鑄鐵的孔加工，瓦爾特還重點(diǎn)介紹了經(jīng)典的XD鉆頭和X.treme系列鉆頭。瓦爾特的XD系列鉆頭最大加工深度可達(dá)70倍徑，堪稱世界紀(jì)錄，并且在加工中無需退刀，相對槍鉆而言其加工效率提高了數(shù)倍。XD鉆頭鉆尖進(jìn)行了涂層處理，并且具有內(nèi)冷孔，排屑槽進(jìn)行特殊的螺旋形設(shè)計(jì)并拋光，排屑時(shí)流暢;有4個加工刃帶，其中2條位于中間位置，可以獲得較好的支撐。
圖11：瓦爾特的XD系列鉆頭最大加工深度可達(dá)70倍徑，堪稱世界紀(jì)錄
瓦爾特在介紹加工曲軸內(nèi)銑刀具時(shí)，針對重柴加工的特點(diǎn)重點(diǎn)分享了一款非標(biāo)設(shè)計(jì)刀具。這款刀具已在多個汽車生產(chǎn)廠商處得到了成功應(yīng)用。刀具設(shè)計(jì)復(fù)雜，刀片布置合理，功能也十分強(qiáng)大，同時(shí)其切削刃多，刀具壽命長，通過刀夾設(shè)計(jì)增強(qiáng)了刀具應(yīng)用的靈活性。在加工的過程中可同時(shí)進(jìn)行主軸頸、頰面、連桿頸的加工。粗加工時(shí)使用三種刀片，精加工使用二種刀片。
圖12：已在多個汽車生產(chǎn)廠商處得到成功應(yīng)用的非標(biāo)設(shè)計(jì)刀具
圖13：帶有并列刀盤的曲軸內(nèi)銑刀，使用多達(dá)5種刀片同時(shí)進(jìn)行主軸頸、頰面和連桿頸的粗精一體加工
圖14：在技術(shù)交流會后，一拖集團(tuán)技術(shù)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)瓦爾特的行業(yè)專家參觀了一拖大柴項(xiàng)目的生產(chǎn)現(xiàn)場，在車間進(jìn)行更多的互動交流。
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