隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，新的產(chǎn)品技術(shù)、工藝、設(shè)備和材料的出現(xiàn)，對(duì)汽車(chē)高壓管件行業(yè)刀具提出了新的挑戰(zhàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)作為整車(chē)最重要的大總成，其減重對(duì)于整車(chē)的輕量化意義重大。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化的途徑主要有幾種方案：選用鋁合金、鎂合金和高壓管件工程塑料等輕質(zhì)材料代替灰鑄鐵等傳統(tǒng)材料;功能組件的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化和輕量化;功能相近的組件集成化或模塊化;對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵高壓管件零件(如曲軸和連桿)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)小型化輕量化要求，鋁缸體的表面采用缸體噴涂技術(shù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)涂層工藝，進(jìn)一步減少了活塞和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸之間的摩擦。相應(yīng)的高壓管件刀具公司研發(fā)了此工藝刀具，如Mapal和Guehring公司。在此工藝基礎(chǔ)上，MAG公司正在推廣專(zhuān)用加工中心進(jìn)行鏜削來(lái)代替珩磨，而不再使用昂貴的珩磨機(jī)。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也十分明顯，在確保工件強(qiáng)度和剛性的前提下，其桿部至圍繞大頭孔部分都進(jìn)行了瘦身。采用組合式空心凸輪軸。組合式空心凸輪軸是由鐵基粉末冶金材料制成凸輪，然后用燒結(jié)或機(jī)械的辦法將凸輪固定在空心鋼管上。與鑄鐵件相比，高壓管件中空裝配式凸輪軸減輕質(zhì)量25%～30%、降低生產(chǎn)成本，提高整機(jī)性能等方面具有傳統(tǒng)凸輪軸無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。此外，3D打印制造技術(shù)給內(nèi)燃機(jī)提供了全新的發(fā)展前景，它使得制造廠商可以利用分層材料制造高壓管件零部件，并減輕裝配操作強(qiáng)度和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)部件數(shù)量。這種技術(shù)的好處顯而易見(jiàn)，即便于整合和優(yōu)化零部件。
另一方面，汽車(chē)制造屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，汽車(chē)高壓管件刀具的主要發(fā)展趨勢(shì)是向高效、精密、柔性及自動(dòng)化的方向發(fā)展。第一是適合高速加工，實(shí)現(xiàn)高壓管件高速加工則涉及到材料與涂層技術(shù);第二是適合硬質(zhì)件加工，可以簡(jiǎn)化工藝、節(jié)約成本且具有柔性;第三是適合干式加工，Boehringer長(zhǎng)期致力于車(chē)削加工，目前研發(fā)以車(chē)代磨，有望在不久的將來(lái)突破。以后高壓管件曲軸加工就不用磨削;可實(shí)現(xiàn)干式加工;第四是適合復(fù)合加工，例如新能源電動(dòng)機(jī)加工中大量使用復(fù)合刀具。
國(guó)內(nèi)刀具現(xiàn)狀
目前我國(guó)的高壓管件刀具企業(yè)大部分都是大中型國(guó)有工具企業(yè)，而工具行業(yè)發(fā)展的重要特點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)化問(wèn)題，工具企業(yè)應(yīng)該走小而專(zhuān)，專(zhuān)而精，精而深這條道路。將來(lái)中國(guó)工具行業(yè)大部分是中小型企業(yè)，少部分是大型企業(yè)。
在國(guó)外廠商加大市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)力度的形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)的工具廠商也加強(qiáng)了與國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠商合作，幫助汽車(chē)廠商解決了高壓管件實(shí)際問(wèn)題。但國(guó)內(nèi)工具廠商的產(chǎn)品還無(wú)法真正替代國(guó)外的產(chǎn)品，存在質(zhì)量不穩(wěn)定、售后服務(wù)暫時(shí)無(wú)法跟上的問(wèn)題。
同時(shí)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力不足、設(shè)計(jì)技術(shù)落后、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏等一系列技術(shù)開(kāi)發(fā)問(wèn)題，也一直困擾著國(guó)內(nèi)刀具行業(yè)。由于高壓管件國(guó)內(nèi)刀具制造廠商還是停留在技術(shù)消化、測(cè)繪、仿制及實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的層次上，因此沒(méi)有充分掌握設(shè)計(jì)技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，相比國(guó)外的工具企業(yè)，國(guó)內(nèi)刀具制造廠商的生產(chǎn)制造技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備比較落后。而在生產(chǎn)過(guò)程中，表現(xiàn)出的問(wèn)題是產(chǎn)品的一致性較差。雖然高壓管件國(guó)內(nèi)刀具制造廠商生產(chǎn)的部分刀具比國(guó)外的刀具壽命長(zhǎng)，但從使用角度來(lái)說(shuō)，轎車(chē)刀具最主要的要求是產(chǎn)品的壽命要持續(xù)穩(wěn)定。使用管理學(xué)中著名的“木桶定律”來(lái)解釋?zhuān)慈魏我粔K組成木桶的木板短于其他木板，水就會(huì)在較短的木板處流失。國(guó)外著名企業(yè)刀具切削對(duì)比實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，國(guó)外產(chǎn)品處于某一壽命值附近變化，而這也是中國(guó)廠商需要提升的部分。這就需要國(guó)內(nèi)企業(yè)提高生產(chǎn)制造水平和質(zhì)量意識(shí)，提高產(chǎn)品性能一致性。
從汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，目前面臨著高壓管件經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與技術(shù)創(chuàng)新雙重驅(qū)動(dòng)兩大背景，想要深耕汽車(chē)行業(yè)的刀具企業(yè)，還要在產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、服務(wù)、人才培養(yǎng)及品牌建設(shè)等諸多領(lǐng)域修煉內(nèi)功。在行業(yè)協(xié)會(huì)、研發(fā)單位和企業(yè)院校等多方協(xié)同下，國(guó)產(chǎn)刀具在汽車(chē)市場(chǎng)中，道路會(huì)走得更穩(wěn)健。
同時(shí)，國(guó)外刀具廠商很少參與專(zhuān)利刀具產(chǎn)品的仿制與優(yōu)化，而國(guó)內(nèi)刀具廠商對(duì)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)重視不夠，在刀具原始設(shè)計(jì)能力方面明顯表現(xiàn)不足。
刀具的應(yīng)用
一般在高壓管件機(jī)加工生產(chǎn)線規(guī)劃投產(chǎn)以后，刀具已完成基本選型，但大批量生產(chǎn)后還會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，在投產(chǎn)一年的時(shí)間后，不僅消耗大、成本高，而且刀具供應(yīng)速度不足。對(duì)此，通過(guò)技術(shù)優(yōu)化，使問(wèn)題得到了解決，成本也大幅度下降。
刀具的替代一般有兩條途徑：國(guó)外廠商的同類(lèi)產(chǎn)品代替;國(guó)內(nèi)本土的產(chǎn)品代替。相比較而言，第二種方法的實(shí)施會(huì)有一些困難，但必須做這些工作，而且需要長(zhǎng)期不懈地做，且通過(guò)及早選擇本土的產(chǎn)品代替，可有效解決產(chǎn)品及時(shí)共贏的問(wèn)題。
刀具的使用也是非常重要的一環(huán)，首先要對(duì)操作工人進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)培訓(xùn)，更重要的是使用方面的培訓(xùn)，特別是安裝的條件和如何安裝。例如，HSK刀柄刀具安裝，首先要用HSK清潔工具清潔，手盡量不要碰到HSK連接部分，要保證機(jī)床主軸跳動(dòng)在0.005～0.010等。而這些簡(jiǎn)單的要求，工作人員常常不按照此要求做，影響了刀具的壽命。另外，有些絲錐、深孔鉆加工時(shí)配有冷卻噴嘴和導(dǎo)套，經(jīng)常出現(xiàn)工人在刀具安裝時(shí)移位，但裝好高壓管件刀具以后沒(méi)有使其恢復(fù)到原位的問(wèn)題，這就導(dǎo)致了刀具的非正常消耗。所以在刀具使用過(guò)程中，一些簡(jiǎn)單的規(guī)則不僅要知道，而且一定要照此操作。
有些精度比較高的刀具需要在對(duì)刀儀上進(jìn)行調(diào)整，刀具調(diào)整的好壞也會(huì)影響刀具壽命，如Mapal刀具在刀具調(diào)整時(shí)要求比較高，需要調(diào)整的工作人員責(zé)任心強(qiáng)且技術(shù)熟練。在高壓管件刀具調(diào)整時(shí)，首先要選擇比較正確的對(duì)刀儀。另外，圖紙上的調(diào)整數(shù)據(jù)是參考值，并不是最合適的，需要進(jìn)行修正。最后，有些刀具在操作工位上要配備必要的對(duì)刀儀，這對(duì)刀具二次調(diào)整非常有利，有些高壓管件刀具并沒(méi)有到達(dá)使用壽命，只是尺寸有些變化，在生產(chǎn)線進(jìn)行二次調(diào)整，不僅可減少刀具浪費(fèi)，還可保證加工質(zhì)量。
刀具管理是整個(gè)刀具工作的提高層次。通過(guò)有效的刀具管理，使高壓管件刀具管理工作變得有序，成績(jī)比較顯著。刀具管理的整體思路為：在保證質(zhì)量前提下，為生產(chǎn)一線服務(wù)、降低庫(kù)存資金，完成生產(chǎn)任務(wù)、降低庫(kù)存資金，最終達(dá)到降低刀具成本的目的。主要有以下三個(gè)方面：
第一，采取措施，保證生產(chǎn)。對(duì)容易出現(xiàn)供貨困難的刀具，進(jìn)行多家供貨和本地化供貨，使得選擇多樣化，而不要只依靠一家供貨商。另外，就是采用一些臨時(shí)的解決措施，如使用舊刀具重新修磨。最后，加強(qiáng)與其他汽車(chē)廠商的合作，如與其他汽車(chē)廠商刀具技術(shù)人員進(jìn)行必要的合作和交流，因?yàn)閷?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)廠商來(lái)說(shuō)，缸體和缸蓋加工用的很多刀具是相同的，在刀具供貨困難時(shí)，雙方可以相互支持。
第二，降低庫(kù)存資金。對(duì)主要的高壓管件刀具制定安全庫(kù)存量，到了報(bào)警時(shí)及時(shí)采購(gòu)。也可以在商務(wù)方面尋找解決方案，如通過(guò)簽訂一個(gè)合同，分批進(jìn)行發(fā)貨的方式。由供貨商備貨，特別是對(duì)國(guó)內(nèi)的供貨商，如衍磨條、硬質(zhì)合金鉆頭等基本上無(wú)庫(kù)存。
第三，降低成本。目前，對(duì)各個(gè)高壓管件加工零件的單耗控制還不錯(cuò)，在國(guó)際上與同類(lèi)汽車(chē)制造廠商相比也是較好的。最終目的就是降低刀具成本，最主要的措施是技術(shù)優(yōu)化和本土化，另外也加強(qiáng)了管理，從管理中求效益，如使用、調(diào)整及修磨等方面的管理等。
以缸體瓦蓋面加工優(yōu)化方案為例，原刀具的刀片布局方式加工穩(wěn)定性較差，如遇高壓管件毛坯余量不均的情況會(huì)導(dǎo)致崩刃，瓦爾特刀具采用了刀片立裝和平裝(8+8)的方式，均勻分配每齒切削量，另外平裝和立裝的刀片在切削完4個(gè)刃口后通過(guò)互換安裝，可以使用到另外4個(gè)未使用到的切削刃。這種刀片安裝布局增加了刀片的切削力，并可最大化的利用刀片的切削刃，增加了刀具的壽命，從而達(dá)到降低單耗的目的。通過(guò)采用瓦爾特的優(yōu)化方案后，每刃加工壽命由原來(lái)的500件增加到每刃700件，壽命提升了40%，以40萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量計(jì)算，瓦爾特的解決方案為客戶節(jié)約成本將近20萬(wàn)元。
創(chuàng)新技術(shù)
缸孔噴涂技術(shù)是指采用熱噴涂技術(shù)(電弧噴涂或等離子噴涂)對(duì)經(jīng)過(guò)粗化處理的鋁發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔內(nèi)壁噴涂一層合金涂層或者其他復(fù)合材料，取代傳統(tǒng)的高壓管件缸套。噴涂了涂層后的鋁合金缸體依舊是一體式缸體，涂層的厚度僅僅0.3mm，具有降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量，降低缸孔與活塞的摩擦和磨損，提高熱傳導(dǎo)，降低油耗和CO2排放等優(yōu)點(diǎn)。電弧噴射工藝可在氣缸工作表面上形成許多小的氣孔，即使沒(méi)有進(jìn)行珩磨網(wǎng)紋槽加工，這些氣孔也會(huì)儲(chǔ)有潤(rùn)滑油。其結(jié)果表明，采用表面粗糙度為Ra0.05um級(jí)的鏡面精加工，除了能提高抗爆燃性能之外，對(duì)于降低氣缸孔與活塞間的摩擦也有著良好效果。
采用渦輪增壓技術(shù)后，對(duì)缸蓋座圈加工提出了新的要求，傳統(tǒng)刀具壽命明顯降低，不滿足高速高效的要求。新高壓管件刀具每個(gè)角由3個(gè)焊接立方氮化硼刀刃一次加工完成，亮點(diǎn)在于有9個(gè)刀片在加工，即每個(gè)角由3個(gè)刀片加工，加工精度高，同時(shí)高壓管件刀具的調(diào)整時(shí)間減小，操作簡(jiǎn)單。新的刀具可以將刀具壽命加至10倍以上，同時(shí)能夠適應(yīng)3倍以上的進(jìn)給速度的高效加工，并能夠滿足更高的加工精度，大大地減小加工和調(diào)刀時(shí)間。
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