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铣刀在汽车行业竟然可以这么用…

铣刀在汽车行业竟然可以这么用……

现代汽车工业中，平面铣削应用极为普遍。为适应汽车工业的需要，工具制造厂商也推出了铣削铸铁及其它材料的铣刀和刀片系列。这些刀具、刀片使得加工效率和零件表面质量都得到大幅度的提高。

其实铣刀只是一个笼统的叫法，它的分类有很多，比如面铣刀、立铣刀等等。下面几篇文章简单介绍一下铣刀如何在汽车制造中发挥作用的。

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浅谈汽车转向节敏捷柔性生产线

汽车转向节敏捷柔性生产线是一条全新理念下的生产线，生产线的柔性化可更好地适应不同产品品种和批量的需求。企业根据其自身的生产情况建立合适的敏捷柔性生产线，可提高生产效率，更快地适应市场需求。

转向节作为汽车前桥缺之不可的关键零件，除了机械性能要求高、外形异型外，尺寸精度和位置精度亦有一定要求。由于汽车市场需求多样化的不确定性，要求生产系统具备在品种上能迅速而经济地由一种产品转为另一产品的能力，又要在产量上有一定的柔性。根据对汽车转向节多品种、变批量的市场需求，我公司建立了一条多品种汽车转向节敏捷、柔性生产线。

被加工产品和工序

1．该生产线加工4个品种（组）转向节，每组分左、右各1件，共8个零件，单组生产节拍T=7.2min/件。

2．转向节材料为QT450-10，属异型零件，如图1所示，加工部位主要为主轴承孔及多个臂平面、孔系。

生产线主要特点

从表中可以看出生产线设备简单，生产工序极大简化，主要特点有：

1．生产线敏捷柔性化

此条生产线由6组，即6个生产单元构成。每个单元由2台立式加工中心组成，每组可单独形成生产能力。6组可根据市场需求变换生产不同品种或全一品种的转向节，柔性化好，更换产品迅速而经济。生产线由模块化设备组成，可以实现“一次规划，分步实施，滚动发展”的指导方针。

2．工序集中，数控单机自动化程度高

一个加工工序较为复杂的转向节从毛坯到成品仅通过两道工序来完成，见表。工序集中可以使柔性加工设备显现出其优势。

由于每道工序中工件经两次安装后便可完成全部加工内容，数控系统能够自动选择、更换刀具，自动改变主轴转速和刀具进给量等，根据已设定的程序对工件不同部位进行铣、钻、镗、铰和攻丝等加工，自动化程度高，极大地提高了生产效率。

3．设备简单化、精度高

生产线采用同一型号立式加工中心组成，使用、维修方便，互换、互补性强，***精度、重复***精度高，对转向节孔及端面粗糙度1.6mm、H7精度及位置精度等要求均能够达到，保证了转向节加工质量及稳定性。

4．工艺优化和尝试

工艺方案的制定要根据选用设备、刀具及夹具各自的特点进行调研并加以优化，在立式加工中心上用组合加工代替传统的车削加工，以复合工序代替单一工序，为工序集中减少工件安装次数，用侧铣代替端铣等，这些工序都取得了很好的效果。

5．夹具

生产线夹具采用液压动力，全部由大连佳成公司提供，主要特点有：

（1）统筹兼顾，夹具设计制造采用模块化，转换加工零件时可实现快速更换夹具。统筹综合考虑，针对多种转向节的特点，给工件的***点、夹压点和辅助支撑点进行基准统一，模块化的夹具元件加上适用于各种转向节的调整块，让夹压点、***点和辅助支撑点在位置上有了一定的调整量，短时间就能完成夹具的快速更换。

（2）OP20工序由数控回转四轴模块化夹具和可调角度固定夹具组成了五轴加工，数控回转台上液压夹紧工件，回转台可任意装夹任何一种转向节进行工件识别和左、右件防错，并自动调出加工程序，自动化程度高。

（3）夹具全部采用内油路，外观整齐、美观。

不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨

不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨

H13钢能够作为热作模具钢，能够用于制作载荷较大的锻模、热挤压模、合金资料的压铸模、有色金属压铸模和要求较精密的塑料模等。从切削角度看，H13钢导热系数较小，工件散热性较差，在切削中会发生热量，引起刀具切削时温度快速升高，较高的作业温度会导致刀具作业时强度显着下降，进而缩段刀具使用寿数。

硬态切削是把淬火钢零件车削进程作为后工序进行加工处理，且在切削加工中不添加使用任何切削液，涂层资料被涂覆在刀具基体上并与基体紧密结合在一起，有用进步刀具耐磨性和切削性能，并保持刀具基体自身的耐性，改进刀—屑之间的冲突，有用延伸刀具寿数。

PVD(物***相沉积)和CVD(化学气相沉积)两种办法是常用的涂层刀具制作工艺。TiAlN、TiN、Al2O3等涂层刀具常用来切削淬硬模具钢，它们虽然较PCBN和陶瓷硬度较低、热安稳性较差，但硬质合金的强度和断裂耐性很高，适用于淬硬H13钢的切削加工。Sasahara等使用涂层刀具进行了硬切削45钢的外表完整性的研讨，分析了切削参数对加工外表磨损、剩余应力的影响。侯志刚等对TP1000涂层刀片车削淬硬45钢和淬硬T10A钢进行了切削实验，得出TP1000车削淬硬45钢时首要磨损机理为磨料磨损以及氧化磨损，而破损机理首要是涂层的掉落。

为研讨不同涂层刀具切削H13钢的切削性能，进行三种涂层刀具车削加工淬硬H13钢的实验，经过对三种刀具涂层资料切削力、切削温度、刀具磨损以及刀具寿数的对比研讨分析，提醒不同种涂层资料刀具车削淬硬H13钢的特性，为实践生产中涂层刀具切削加工H13钢供给理论基础和实验依据。

实验方案

切削实验所用涂层刀具分别是多层Ti化合物涂层、TiAlN涂层以及MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层。三种刀具的型号均为SNMG120408，其几何参数相同。实验用机床为一般车床CA6140(蕞大转速1400r/min，功率7.5kW)。试件资料为淬硬H13钢(硬度47-52HRC，首要成分见表1)，室温下的力学性能如表2所示。

表1 淬硬H13钢的首要化学成分(%)

表2 室温下H13钢的物理力学性能

图1为切削示意图，选用Kistler9129AA三向动态测力仪丈量切削力，刚度高、采样频率高、受温度影响较小。选用FLIR红外热像仪丈量切削温度，设备感温性能好，能进行非触摸丈量，携带使用方便。用FLIR热像仪丈量并记录每次实验的切削温度，并对实验数据进行分析。实验后选用超景深显微镜进行调查分析磨损的三种涂层刀具。

图1 切削实验示意图

分别选用5种不同的切削速度进行干切削实验。切削参数为：切削速度v=30.8m/min、61.2m/min、96.4m/min、124.1m/min、154.2m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.102mm/r。选用Kistler 9129AA三向动态测力仪和FLIR红外热像仪丈量切削中安稳切削时的切削力以及切削温度。

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实验结果分析

(1)切削力分析

分别用MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层、TiAlN涂层以及多层Ti化合物涂层资料刀具对淬硬H13钢进行干切削，三向切削力的改变如图2所示。

(a)主切削力的改变

(b)径向力的改变

(c)轴向力的改变

1.MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层 2.TiAlN涂层 3.Ti化合物涂层

图2 涂层资料对切削力的影响

在整个切削进程中，三个方向上的切削力都呈上升趋势，主切削力随切削速度的改变趋势先减小后增大。这是因为低速干切削时，刀具刀尖部分会发生积屑瘤，导致涂层刀具实际作业前角增大，切削变形减小然后切削力减小；当进步切削速度时，积屑瘤逐步消灭消失，切削力开端逐步增大。轴向力的改变趋势是先增大后减小，原因是当切削速度较低时，工件外表粗糙度较高，残留的金属对刀具后刀面发生挤压，抵消了一部分的受力，使轴向力开端的时候较小。切削速度逐步增大后，工件外表质量会慢慢变好，外表逐步光滑，残留的金属减小了刀具后刀面的挤压力，轴向力逐步增大。

三种涂层刀具的径向力随速度增大上升趋势很显着，多层Ti化合物涂层刀具增大为杰出。不同涂层刀具切削时遭到的切削力不同，多层Ti化合物涂层刀具遭到三个方向的切削力比其它两种涂层的刀具都大，而TiAlN涂层刀具遭到的切削力相对较小。这是因为TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具与TiAlN涂层刀具主切削力和径向力这两个方向的力相差不大，但MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具大于TiAlN涂层刀具的轴向力。

(2)切削温度分析

切削实验中，选用FLIR红外热像仪丈量切削温度(见图3)，获取安稳切削时的切削温度场，但丈量效果会遭到粉尘、切屑等因素的影响。设置红外热像仪的红外发射率为0.85。

图3 热像仪图画

切削速度v对三种涂层刀具切削温度的影响规则如图4所示。因为切削速度的进步，切削温度逐步上升。切削速度增大了，刀—屑间触摸面的冲突就会添加，很多的冲突热会随之发生，热量在短时间内难以分散出去使切削温度升高。切削速度变大，温度随之升高，但不同涂层刀具的切削温度也有所区别，相同切削速度时多层Ti化合物涂层刀具的切削温度蕞高，MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具次之，并且随着切削速度增大切削温度上升的趋势安稳，用TiAlN涂层刀具切削工件时切削温度蕞低。

TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。TiAlN涂层资料显着降低了刀具与切屑触摸面间的冲突，使刀—屑间触摸面和后刀面与工件间的冲突系数较小，冲突热发生相对较少，使刀具切削温度较低。

图4 涂层资料对切削温度的影响

为了提高ISO S资料的铣削性能，咱们将推出一系列具有独特槽型和原料的立铣刀。CoroMill?Plura

HFS (高进给侧铣) ISO S刀具可保证钛合金和镍基合金工件的加工牢靠且富有成效，在航空发动机和结构件应用中均有不俗的体现。

为了应对未来几年航天航空业务的预期增加，CoroMillPlura HFS 产品包含两个针对钛合金优化的立铣刀系列，以及一个针对镍基合金优化的立铣刀系列。排屑和发热是钛合金加工的特定应战，咱们开发了一款硬质合金立铣刀以应对普通排屑工况，以及一款选用内冷却液和全新内冷增强器

(专利申请中) 的立铣刀以保证蕞佳切屑和温度操控。

加工钛合金的立铣刀

选用GC1745原料，具有巩固的细晶粒 (亚微米) 烧结硬质合金基体，其尖利且可控的切削刃可应对非常严苛的铣削工况。此外，全新含硅涂层具有出色的耐磨性和低热传导性。刀具为6齿产品，端刃不过中心，具有不等齿距设计。此外，芯部尺寸经过优化，在钛合金加工中具有更高的刚性，而刀尖圆弧半径、前角和后角均专门针对这些严苛资料的加工而设计。

加工镍基合金的立铣刀

选用GC1710原料，也具有尖利且可控的切削刃。坚硬耐磨的细粒度基体，经优化可用于在加工具有硬质点、高粘性、作业硬化资料

(比方时效处理的Inconel 718) 时接受高作业负荷。此处，选用立异HIPIMS (高功率脉冲磁控溅射) 技能制造的新涂层也具有下降表面粘脱附特性，可以防止构成BUE (积屑瘤) 并延伸刀具寿命。

山特维克可乐满硬质合金立铣刀***产品经理Tiziana Pro说：“新刀具的设计可保证大轴向切深

(ap)

和小径向切深 (ae) 以及可控蕞大切屑厚度的高进给侧铣，可以有效操控切削力并完成流畅切削。生产效率的提高带来了更高产量，而刀具寿命的延伸和牢靠性的增强又下降了高价值零件的报废率。客户还进一步下降刀具单个零件本钱并提高了安全水平。”

谁将受益？

方针航天航空零件包含钛合金机翼和挂架零件，以及由Inconel 718制造的发动机机匣。石油和天冉气、衣疗和晒车运动等领域

(其间钛和镍合金变得越来越遍及) 的应用也将从中受益。

菱齿立铣刀铣削碳纤维复合资料的切削功能研讨

碳纤维复合资料（CFRP）是以碳纤维为增强体的树脂基复合资料，具有比强度和比模量高，抗皮劳功能优异，减振功能好，安全功能高，可明显下降结构件的分量等优异功能，现在广泛应用于航空航天、轿车、能源及体育器材等领域。碳纤维复合资料零件与其他资料零件装配联接时，铣削加工是取得准确几何形状的首要形式之一。因为碳纤维复合资料各向异性的特色，层间强度低而碳纤维硬度高，在铣削过程中易发作分层、翻边及毛刺等缺点，严峻影响了刀具使用寿数和工件外表质量。

近年来国内外学者对碳纤维复合资料加工理论展开了广泛研讨。Iliescu等剖析了纤维方向对亚外表损伤深度及切削力的影响，研讨标明，随着纤维方向的增加，工件亚外表的损伤深度随之增加，刀具的前角对切削力的巨细及亚外表的损伤深度影响较小；Devi Kalla等使用圆柱双刃铣刀铣削多向铺层复合资料并建立了铣削力的猜测模型；鲍永杰等以单层碳纤维复合资料为研讨目标，选用单点飞切探究了撕裂缺点的构成过程，剖析了刀具类型、钻削力及切削速度等因素对钻孔缺点的影响规律。现在针对碳纤维复合资料加工的研讨，大部分会集在钻孔方面，国内尚无成熟的产业化生产的碳纤维复合资料专用铣削刀具。

本文提出了菱齿型立铣刀的规划方案，并选用一般右旋金刚石涂层立铣刀、新式菱齿金刚石涂层立铣刀以及菱齿未涂层立铣刀，对碳纤维复合资料进行侧铣实验。在相同切削条件下，经过对铣削过程中工件加工外表质量、刀具寿数以及刀具磨损描摹的比照研讨，探讨了金刚石涂层的菱齿立铣刀铣削碳纤维复合资料的切削加工功能。

1.菱齿型立铣刀规划原理

在碳纤维复合资料的铣削加工中，一般硬质合金立铣刀作为一种传统经济的刀具依然存在于生产领域。一般右旋立铣刀铣削碳纤维复合资料加工如图1所示。铣削过程中，因为刀具右旋螺旋角的存在，复合资料的上、下外表均遭到斜向上的切削力效果，此刻资料下外表的纤维层刚性较好，简单彻底被堵截；而资料上外表的纤维层因为缺乏上方的支撑资料，不简单彻底被堵截，因而在工件的上外表易呈现毛刺、撕裂，乃至是分层现象，影响工件外表质量。

新式菱齿立铣刀的刃型如图2所示，菱齿型立铣刀经过右旋向和左旋向的开槽磨削，构成了数量较多的切削刃。在每个菱形的刀齿上，都具有右旋切削刃和左旋切削刃。铣削时，碳纤维复合资料既遭到右旋切削刃向上切削分力的效果，也遭到了左旋切削刃向下切削分力的效果，因而纤维层资料受力均衡，切削过程平稳。因为菱齿型立铣刀在任一截面均有右旋刃和左旋刃一起参加切削加工（见图3），在较块切削速度的效果下，工件外表层纤维资料一起遭到了向上和向下切削力的效果，类似于剪刀原理，纤维资料轻易被剪断，能够有用地防止工件上、下外表撕裂、毛刺等加工缺点的发作，提高复合资料的加工质量。

2.实验条件

实验刀具选用金刚石涂层一般右旋立铣刀、金刚石涂层菱齿立铣刀以及未涂层的菱齿立铣刀，如图4所示，刀具几何参数如表1所示。实验工件资料为T300型碳纤维复合资料，工件资料功能如表2所示。

切削实验在福裕立式加工中心QP2033-L上进行，刀柄BT40-KMC32-105，加工条件如表3所示。实验后，选用Keyence显微镜（类型：VHX-100）调查工件外表质量以及刀具切削刃的磨损情况。

3.实验结果与剖析

（1）工件外表质量比照剖析。在相同的切削加工条件下，一般金刚石涂层右旋立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量如图5所示。从图中能够看出，工件上外表呈现了明显的毛刺和撕裂现象，而下外表加工质量良好。

图6所示为金刚石涂层菱齿立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量照片。从图中能够看出，碳纤维复合资料工件的上、下外表均未呈现毛刺、撕裂等加工缺点，加工外表质量明显优于一般立铣刀。图7所示为未涂层菱齿立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量图片。由图可见，工件的上、下外表呈现了细微的毛刺现象，加工外表质量优于一般立铣刀，但比金刚石涂层菱齿立铣刀差。这首要是因为工件资料中的碳纤维硬度较高、未涂层刀具磨损较块的原因。

（2）刀具寿数比照剖析。图8所示为3款铣刀侧铣碳纤维复合资料的刀具磨损曲线。若不考虑碳纤维复合资料外表质量，仅以刀具后刀面磨损量VB=0.1mm作为刀具磨钝规范，在到达磨钝规范时，菱齿金刚石涂层立铣刀的切削间隔为63m，一般立铣刀的切削间隔为18m，而菱齿未涂层立铣刀的切削间隔仅为7m。金刚石涂层一般右旋立铣刀的刀具磨损比相同涂层的菱齿立铣刀要块得多，这首要是因为菱齿立铣刀的切削刃数量在规划上明显多于一般立铣刀，在任一横截面上，一起参加切削加工的切削刃约8个（见图3），为一般右旋立铣刀的2倍。在相同转速和进给速度下，菱齿立铣刀每齿承当的切削力比一般立铣刀小，因而同为金刚石涂层的菱齿立铣刀刃口磨损比一般立铣刀缓慢。比照金刚石涂层菱齿立铣刀和未涂层的菱齿立铣刀，能够发现金刚石涂层的菱齿立铣刀的刀具寿数约是未涂层菱齿立铣刀的9倍。

（3）切削刃磨损比照剖析。因为碳纤维复合资料的切屑呈粉末状，刀具的磨损首要发作在切削刃和后刀面邻近。刀具后刀面磨损值VB=0.1mm的刀具磨损如图9所示。从图9a中能够看出，一般右旋立铣刀前端切削刃的后刀面磨损显现为均匀磨损，在靠近工件上外表的方位呈现异常鸿沟磨损，开始剖析因为碳纤维上外表残留毛刺对刀具不断冲击构成鸿沟剧烈磨损，露出发亮的硬质合金基体资料，刀具磨损严峻。比较之下，图9b所示菱齿金刚石涂层立铣刀则显现出良好的耐磨性，加工63m后刀具后刀面磨损量才到达0.1mm，其右旋刃外表金刚石涂层已被磨损掉，而左旋刃外表金刚石涂层仅发作细微磨损。图9c所示的未涂层菱齿立铣刀在切削7m后，右旋刃和左旋刃都呈现了严峻磨损。这首要是因为碳纤维复合资料首要成分是碳，其硬度非常高，在切削加工时，碳原子与刀具外表发作剧烈冲突，当硬质合金刀具外表没有涂层保护时，刀具后刀面非常简单发作磨损。而金刚石涂层的硬度非常高，能够到达8 000HV，在切削加工碳纤维复合资料时，金刚石涂层能够有用保护刀具刃口，从而减缓刀具后刀面的磨损。

4. 结语

（1）因为菱齿型立铣刀在每个刀齿上均有右旋刃和左旋刃，在任一横截面上均一起有右旋刃和左旋刃参加切削，构成的剪切合力易于将碳纤维丝束剪断，可有用***碳纤维复合资料外表毛刺、撕裂等现象的发作，提高工件加工外表质量。

（2）相同金刚石涂层的菱齿立铣刀和一般右旋立铣刀比较，因为菱齿立铣刀一起参加切削的刃数约为一般右旋立铣刀的2倍，故菱齿立铣刀每齿承当切削力较小，刀具后刀面磨损缓慢；未涂层的菱齿立铣刀在铣削碳纤维复合资料时，因为刀具外表没有金刚石涂层的保护，刀具后刀面磨损速度非常块。

（3）综上所述，新式金刚石涂层菱齿立铣刀适合于碳纤维复合资料的铣削加工。