刀具刃磨与预调技术.ppt

刀具刃磨与预调技术 刀具刃磨刀具钝化刀具涂层刀具预调 刀具的发展 高效刀具的广泛应用是汽车工业快速发展的必然结果用户对汽车产品的不断提高的各种需求 价格低 性能好 乘坐舒适 节能环保 从汽化器到电喷 所有这一切都为汽车制造业提出了一个又一个的新课题 使得他们对机械加工设备 切削技术和工艺 零部件配套技术等提出了更高的要求 我们的信念是 没有最好 只有更好 也就是说 市场的需求压力推动了切削技术和工艺的发展 同时 随着兵工事业的发展 一些难加工材料切削技术的提高 以及与此同时诞生的刀具新材料 新的切削工艺和加工方法 也提高了汽车产品的加工工艺水平 即切削技术的发展 刀具新材料 新的涂层技术 新的刀具结构的不断产生也促进了汽车工业的发展 高效刀具以其生产效率高 加工质量好 成本低的特点极大地满足了汽车工业大批量生产的要求 正日益广泛地应用在汽车零部件的生产线上 刀具的发展 高效刀具的加工效率高主要体现在以下几个方面 1 切削速度快 有利于进一步提高产品质量 适应用户降低生产节拍 降低发动机的制造成本 缩短产品的交货周期的要求 2 换刀和调整效率高 在生产线上普遍采用了hsk类刀柄 bt类刀柄 快换丝锥夹 钻夹等刀具装夹用具 3 超硬材料得到广泛应用在汽车发动机缸体 曲轴和缸盖生产线 由于以pcd cbn类超硬材料为主的各种刀具材料性能全面提高 并逐步得到了广泛推广 其生产效率和开工率得到了很大的提高 例如加工发动机缸盖的pcd面铣刀 100的刀盘最大转速可达nmax 21650r min 我们用10000r min 切削速度3142m min 进给速度8000m min 切深0 8mm 刀具寿命20000件 刀具的发展 4 新工艺得到实际应用在曲轴生产线上应用了了干切削的新工艺 不但提高了生产效率 而且有利于环境保护 从而步入了了金属切削加工的绿色加工的新时代 5 硬质合金材料的质量和性能得到进一步的提高随着硬质合金的新材料的不断出现 加工性能的不断改进 其加工性能 强度和韧性不断提高 十年前 硬质合金刀具韧性差 焊接和刃磨的过程中经常由于裂纹而报废的现象已不再出现 在汽车发动机的机加生产线上大量应用着整体硬合金刀具 如钻头 立铣刀 丝锥 铰刀等刀具应用整体硬合金刀具已占孔加工刀具的85 以上 刀具的发展 目前加工缸体用直槽钻和铰刀 加工缸盖和离合器 变速器的丝锥等整体硬合金刀具 具有着切削性能好 能多次修磨 3 10次 成本低的特点 质量稳定十分可靠 pcd cbn这两种超硬刀具材料随着技术的不断进步 其制造工艺和刀具的不断改进 在汽车发动机零件生产过程中 加工质量和和使用寿命不断提高 用cbn制造的凸轮轴孔及缸孔鏜刀已经应用在缸体生产线上 从精加工工序到半精加工工序 使金属切削加工的生产效率得到大幅提高 铝合金的高效加工刀具也得到了广泛应用 缸盖及壳体的加工效率显著提高 最高的切削速度已达7000m min 应用面十分广泛 从面铣刀到立铣刀 铰刀 锪刀等 刀具刃磨 硬质合金刀具制造工艺流程 刀具刃磨 1 下料 使用线切割机床按照图纸所规定的刀具的总长将棒料切断 并在刀具尾部割出内冷空刀槽 以便冷却液进入刀具内冷孔 2 打中心孔 使用打孔机按照图纸所规定的要求加工出中心孔 并在需要的位置打出内冷孔 3 研中心孔 使用研磨设备对中心孔的60 角度定位面进行研磨 保证其精度要求 研磨设备可以使用专用的研磨机 也可以使用车床 摇臂钻床等通用设备 4 磨外圆 使用万能外圆工具磨床按照图纸所规定的刀具外径尺寸和精度要求磨削刀具的刃部和柄部的外径台阶和倒角 5 标记 使用标刻机或刻字笔 将刀具号 生产批号或生产日期等信息标刻到刀具上 标刻的位置不能影响刀具的装夹和使用 并要求字迹清晰 规范工整 刀具刃磨 6 开槽 使用数控工具磨床按照图纸要求 加工出刀具的齿槽 齿背 7 磨刃 使用数控工具磨床按照图纸要求 加工出刀具的刃部几何参数 比如钻头的锋角 锋后角 修磨出横刃等 8 钝化 使用砂轮机上的毛刷按照刀具所加工的材料的不同 对刀具进行钝化 钝化可以使用油石进行手工钝化 也可以使用专用的刀具钝化机进行机械钝化 9 涂层 使用专用的涂层设备在刀具刃部表面涂覆上一层晶粒细 显微硬度高 抗高温性能强 润滑性好 化学稳定性好的化合物 以改善切削条件 可以提高刀具耐磨性 并增加刀具的使用寿命 刀具主要几何角度的符号及意义 刀具刃磨 1 刀具材料与被加工材料的匹配问题 物理化学类反应钛不能用含钛材料加工钛合金氮化钛涂层不能加工钛合金金刚石不能加工铁族元素含铝的氮铝化钛涂层刀具不能加工铝及其合金2 超声磁化处理可减少涂层表面的微凸起 液滴3 过热蒸汽冷却技术 区别于水冷 油冷高温变成水蒸气 冷却液消耗 4 刀具寿命与刀柄夹持精度的关系 刀具刃磨 5 金刚石的精加工工艺复合型面的线切割加工工艺 加一电源可防止发生遇颗粒避让现象粗切一次 精切两次 最多三次6 ewag激光成型切割技术 高速高温 不产生冲击凹坑 表面质量高 7 涂层技术 靶材 2万 根 寿命200 400炉 次 3小时 炉pvd上做氧化膜 加一sin层 后加一氧化层 防止使用后氧化粗加工多层膜 抗高冲击力 精加工高硬度膜 冲击力小cbn可涂到硬质合金上 但拈不牢易掉pcd可涂到硬质合金上 应用广泛 中心孔研磨顶尖 金刚石锉8 微细孔加工 转速10万 分钟以上 直径小于0 59 涂层工艺刀具刃磨 刃口处理 前处理 反电极去除表面附着物 涂层 后处理 涂层后研磨一下 刀具刃磨 刀具钝化 在精磨之后 涂层之前 把刀具比较锋利 有锯齿状 不够整齐 不够光滑的刃口加工成特定的形状 即为刃口强化或钝化 经砂轮刃磨后的刀具刃口 确实存在程度不同的微观缺口 即微小崩刃与锯口 前者可用肉眼和普通放大镜观察到 后者用100倍 带0 010mm刻线 显微镜能够观察到 其微观缺口一般在0 01 0 05mm 严重者高达0 1mm以上 在切削过程中刀具刃口微观缺口极易扩展 加快刀具磨损和损坏的速度 强化的主要目的是在刀具和工件之间形成这样一种接触面 通过这种特有的接触面 在承受切屑流动 切削速度 进给压力和其它加工变化时 它是最坚固 最结实的 从而提高刀具精度及尺寸稳定性 同时避免由于刀尖锐角造成涂覆出的氮化钛镀层偏厚而导致刀具尺寸增大 粗加工时 一把新刃磨好的刀具鐾刀后可以有效减少初级磨损阶段磨损值 一般刀具寿命提高0 5倍以上 精加工时 未经鐾刀其表面有时达不到图纸要求 精心鐾刀后表面粗糙度可稳定ra1 6 0 8 m 同时刀具寿命可提高1倍左右 刀具钝化 刃口钝化的尺寸和形状 由加工工序对刀具产生的压力大小来决定 对于给定的应用条件 钝化得太大 切削时刀具所受压力也随之变大 在加工中产生的热量就会增多 致使刀具寿命变短 反之 如果钝化得太小 刀具切削刃会变得脆弱 经受不了切削压力 一般正常的刃口强化带是均匀一致的 它是一种微小的圆形刃口 在加工时 其尺寸和几何形状要非常精确 目的是使切削刃的强度和性能达到最佳 工件的表面质量是由刀尖圆弧半径大小 切削深度和进给量所决定的 一致的 圆滑的刀刃减少了刀具剥落 刀具钝化 刃口型式与刃口钝化形状 常用刃口型式 锐刃倒棱刃消振棱刃 白刃倒圆刃 刀具钝化 锐刃 刃磨前 后刀面相交而自然形成的税刃 其刃口锋利 强度差 易磨损 一般用于精加工刀具 倒棱刃 在刃口附近前刀面上 刃磨出很窄的负前角棱边 大大提高了刃口的强度 用于粗加工和半精加工等刀具 消振棱刃 在刃口附近的后刀面上磨出一条很窄的负后角棱边 切削时增大刀具与工件的接触面积 消除切削过程振动 用于工艺系统刚性不足时所用的单刃刀具 白刃 在刃口附近的后刀面上磨有一条后角为0 的窄边或刃带 可起到支撑导向和挤压光整作用 用于铰刀 拉刀等多刃刀具 倒圆刃 在对口上刃磨或钝化成一定参数的圆角 增加刃口强度 提高刀具寿命 用于各种粗加工和半精加工的可转位刀具 刀尖圆弧对加工面精度的提高至关重要 要保证高的加工精度 必须做到以下两点 一是刀尖圆弧半径大小要和进给量和切削深度相关联 刀尖圆弧半径太小 易产生振纹 进给量和切削深度较大 则需要采用较大的刀尖圆弧 二是刀尖圆弧要圆滑 与刃部各边圆滑相接 不应出现尖角 毛刺或偏心 即刀尖圆弧与刃部各边应相切 而不应该相割 如在使用过程中 刃部出现磨损 致使刀尖圆弧不圆滑 就会影响到产品的加工尺寸和表面质量 刀具钝化 刀具钝化有许多不同的途径 用皮子或金刚石油石手工钝化 振动强化 研磨强化 用含有磨料的橡胶轮强化 干或湿的喷砂法强化 和毛刷强化等 手工钝化 最早的钝化工具是从皮子和油石开始 粗加工时 一把新刃磨好的刀具鐾刀可以减少初级磨损阶段磨损值 在正常磨损阶段后期鐾刀 仍可再延长正常磨损阶段 一般刀具寿命提高0 5倍以上 精加工使用铰刀时 未经鐾刀其内孔表面有时达不到图纸要求 精心鐾刀后表面粗糙度可稳定ra1 6 0 8 m 同时刀具寿命可提高1倍左右 一般刀具的钝化值是在0 0254 0 0762之间 最大值0 127 0 2032mm 最小值 一根头发丝0 0762mm的1 6 即0 0127mm 即使钝化那么小 也明显地强化了刀具刃口 不要往返或转动油石 崩断刀齿的部位修磨要圆滑 刀具涂层 涂层刀具有原来硬质合金刀具同等的内部韧性 又有高硬度 高耐磨性的表面涂覆层 所以它是其他材料所无法替代的 涂层刀具用晶粒细 显微硬度高 抗高温性能强 润滑性好 化学稳定性好的化合物作涂覆层 大大改善了切削条件 使刀具前 后刀面的机械磨损和扩散磨损显著减轻 涂层的化学屏障和热屏障 减少了切削的粘结 减轻了刀瘤的产生 从而有效地控制了月牙洼的形成 提高了刀具耐磨性 增加了刀具的使用寿命 由于涂层刀具的高耐磨性和高润滑性 从而使被加工零件的表面粗糙度大大降低 尺寸精度也有显著提高 涂层刀具的涂层厚度一般为2 12 m 所以涂层一般不会影响原有的刀具尺寸 涂层刀具经过长时间使用 还可以重磨和重涂 而且重涂后的刀具性能同新的涂层刀具完全相同 刀具涂层 tin涂层具有改善发热和显微碎裂的特点 原因如下 1 较小的切削力 tin涂层具有润滑性 高硬度和低摩擦系数 从而减小了产生热的条件 并且允许拉刀切削时只需较小的力 使拉削的零件具有良好的表面光洁度 2 高硬度 高硬度tin涂层可在拉刀齿上形成锋利的切削刃 防止刃口磨损和剥落 并且大大增强了耐磨性 3 低摩擦 低摩擦系数减小了所需的切削力以及刀具与材料界面上的温度 从而可减少或防止碎裂和冷焊现象的发生 4 抗粘性 tin涂层的抗粘性可防止金属粘附和切屑堆积 以及防止由于拉刀扭转 弯曲甚至断裂引起的潜在损坏 一般情况下 刃磨后的涂层刀具的性能在一定程度上有所降低 不过随后的重磨情况是相同的 且重磨后的性能要比没有涂层的刀具好得多 因为是两个或更多的面形成切削刃 那些重磨后还保持涂层的表面使拉刀保持良好的切削性能 刀具涂层 刀具表面处理的方法有在刀具表面涂覆djb 823电接触固体薄膜保护剂 涂覆tin涂层 涂覆ticn涂层 涂覆tialn涂层等多种方法 tialn涂层具有优于tic tin ticn等涂层的机械物理性能 并可与其他涂层配合组成多元多层复合涂层 具有比tin更好的化学稳定性 更强的抗氧化磨损能力 刀具涂层 cvd方法化学气相沉积可以定义为一种材料合成方法 这种方法使气相的几种组成成分反应并在一些表面上形成一固体膜 cvd系统中的化学反应可划分为还原 氧化 水解 热解等 是在低压cvd反应器中实现的 沉积反应几乎永远是一种不均匀的多相反应 pvd方法物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程 例如钛 物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积 溅射 离子镀三种将固态镀层材料气化的方法 由于pvd工艺温度低 不会降低硬质合金刀片自身的强度 刀片刃部可磨得十分锋利 从而可降低机床的功率消耗 刀具涂层 tin的涂覆厚度2 m左右 由于高精度刀具的尺寸精度较高 如不采取一定的措施 必定使合格的刀具涂覆后几何尺寸 齿型超差 为此 在时按下差加工 涂覆时严格控制涂覆时间等参数 将涂覆厚度控制在1 2 m以内 才能获得满意的效果 我公司硬质合金刀具涂层采用的是pvd方法 即物理气相沉积法 在刀具表面涂覆一层tlaln 刀具使用寿命能提高一倍以上 目前正在推广使用的是复合技术 即在刀具表面涂覆一层tlaln之后 再在涂层上面涂覆一层纳米涂层 由上百层 每层厚度为50 1000nm 组成的多层涂层 单层厚度为20 50nm时 这种涂层的耐磨性最佳刀具使用寿命能进一步提高一倍以上 刀具应用 高效刀具在曲轴生产中的应用da471q da476q系列曲轴材质为铸铁fcd700c和非热处理锻钢s45cvl1 其中锻钢件硬度范围hb229 285 为典型的直列4缸曲轴零件 形状复杂 结构刚性差 加工中易变形 因加工难点较多 因此必须进行合理的工艺设计才能充分发挥设备先进的技术特点 达到设计要求 生产出性能优良的曲轴枪钻和内冷刀具被广泛应用 涂层刀具和立方氮化硼 cbn 砂轮的使用提高了切削效率和加工精度 采用刚性钻 铰和刚性攻丝技术 提高工艺系统可靠性 先进的快换刀柄提高了刀具系统刚性和加工精度 减少了刀具预调和换刀时间 在刀具的选用上 综合考虑刀具的加工质量 寿命及价格因素 根据不同位置的需要选择合适的刀具 力争以相对低廉的成本实现加工的高质量 刀具应用 以前后端油封轴颈和法兰端面定位车车拉磨前加工主轴颈轴颈和沉割槽 干式加工 设备具备机上对刀仪 生产辅助时间短 测量技术在线的刀具检测技术 接触式 超声波 激光 主轴功率监测等 提高了加工的可靠性 在线主动测量和自动补偿提高了加工精度 自动化的测量检测设备实现了自动测量 分级和打标记 也保证了关键技术指标百分之百合格 刀具状态和零件精度的严格控制 有效提高了工艺系统可靠性和质量保证能力 止推面采用国际领先的自动刀具补偿微进给精车技术 滚压强化技术 砂带抛光技术 前后端螺纹孔采用刚性攻丝技术 即无攻丝靠模 主轴转动和滑台进给全部数字控制 形成一定的螺距进给 无导套刚性钻削技术加工螺纹底孔 配备钻孔 攻丝刀具破损检测装置 提高系统可靠性 刀具应用 斜油路孔采用高压通过式内冷枪钻技术加工 应用切削功率检测和冷却液压力监控技术钻头磨损或折断 前后端粗加工套车刀前后端轴颈粗加工采用komet生产的复合套车刀直接从毛坯车削到磨前尺寸 刀具应用 车车拉主轴径与沉割槽的刀盘及合金刀片是widia公司生产的 每转位一次可加工400件曲轴 主轴颈圆角在主轴颈车车拉时一并加工 形状由成型刀具保证 后序进行圆角深滚压强化加工 铣连杆颈及沉割槽的刀盘及合金刀片也是widia公司生产的每转位一次可加工1200件曲轴 连杆颈圆角在连杆颈铣削时一并加工 形状由成型刀具保证 后序进行圆角变压力深滚压强化加工 以1 5主轴颈和法兰端面定位铣削加工连杆轴颈和沉割槽 干式加工 换刀方便 生产辅助时间短 刀具应用 高效刀具在缸盖生产中的应用液压刀柄复合刀盘不仅设计简单合理 重量轻 调整与紧固件少 而且使用起来优质高效 适合于很高的切削速度和进给量 刀盘上安装可以快速简便地进行调整的金刚石刀头 220的刀盘最大转速可达nmax 12200r min 我们用3728r min 切削速度2577m min 进给速度5500m min 切深1 5mm 刀具寿命1 5 2万件 分两种齿粗加工齿13个 精刮光刀片2个 刀具应用 刀具应用 高效刀具在应用过程中应该注意的几个问题1 刀具使用过程中的磁化问题缸体及曲轴加工过程中 经常发现铁屑黏附在刀片或刀具刃口处 以枪钻及车车拉刀盘出现的较多 为此我们调刀时增加了退磁工序2 机械加工中的冷却问题在机械加工过程中 为了提高机械加工的表面质量和延长刀具的使用寿命 一般使用冷却液 冷却液不仅对企业来说需要投入一笔冷却液的采购成本 而且 冷却液排放不仅需要达标 在国外还需要付一大笔的环保费用 为此在我们曲轴加工的铣削加工连杆轴颈和沉割槽等工序采用了干式加工 不采用任何冷却液 而在曲轴加工的其他工序和缸体 缸盖 变速器 离合器壳体的加工过程中均使用冷却液 由冷却液站统一调配浓度 供给 过滤 循环使用 如需排放 则加入规定的化学制剂进行处理 直到各种指标达到标准之后进行排放 刀具应用 3 在线的刀具检测技术 接触式 超声波 激光 主轴功率监测等 为了提高生产效率 及时发现刀具折断 崩刃等刀具失效问题 避免进一步发展造成刀具彻底报废 产品批超差 批报废现象的发生 在每个设备上基本上都设置了刀具检测工步或功能 例如曲轴油路孔加工过程中如刀具磨损 当然切削力会随之增大 这一切通过主轴功率监测功能模块不仅反映到操作者面前的显示屏的载荷曲线上 而且在机床所测出的载荷超出额定载荷时 机床报警 停机 在缸盖粗加工生产线上的每条加工中心上 机械手每次换刀后开始加工前 按照程序 其红宝石测头对刀具进行接触式检测 如刀具折断 或严重崩刃 机床会报警 刀具应用 切削参数与断屑的关系 刀具应用 断屑与进给量 倒棱宽度的关系 刀具预调 高效刀具的安装与调整首先调刀人员将新刀片与刀柄 刀盘 等型号按技术文件中统一编号进行核对并对新借刀片进行外观检验 确认无误后方可装刀 调整 使用 调刀前认真清理刀具的各个部件 如刀片 刀夹 刀垫 刀盘 弹簧套筒 螺钉 轴承 导套等 做到待调刀具无切屑 无切削液等异物 调刀过程中正确使用调刀工具 严格遵守刀具各部件的调整顺序 锁紧顺序 在对刀仪上进入正确的刀具标签下调整刀具 刀具调整完毕后须认真进行自检 检查的主要项目为 刀具是否按正确编号打印出刀具调整后的正确数据 刀具各处螺钉是否锁紧可靠 各配合面连接是否可靠 各连接杆 刀杆 拉钉 刀匣 刀垫 套筒等是否连接牢固 修磨刀具主要尺寸是否符合工艺文件要求 刀片是否装反等 刀具预调 zollerventurion600型刀具检测仪 以其高精密无接触式测量技术以及使用方便的软件而著称 我们使用的zoller是一款4轴刀具检测仪 具有自动和手动功能 带入射光摄像头 能进行外部轮廓 径向和轴向尺寸的测量 测量和检验结果可储存或打印或直接输送给磨床 无接触式的测量方法避免了损伤刀刃 其自动功能自动捕捉刀具刃口处要测的几何点 仪器主轴与hsk和bt等各种刀柄相兼容 并与生产线机床的定位及拉紧方式一致 提高了刀具调整和检测的精度和一致性 刀具预调 mapal刀具专用的调整装置mapal公司为可调机夹刀具提供了各种调整装置 以获得满意的使用效果 气门导管孔铰刀的调整松开两个调整螺钉 螺钉旋转1 4圆周 松开夹紧螺钉彻底清理刀片定位面对刀片进行更换或调整 调整两个调整螺钉 使两表触头打在导条上调为零 然后打在刀刃上 调刀刃前端比导条高0 01mm 刀刃后端比前端低0 005mm 推动刀片使之与后端面与底面调整楔块靠实认真地拧紧夹紧螺钉调整刀片前端的调整螺钉 使刀片的前端高于引导条0 02 0 015mm 10mm 0 015mm 10 0 02mm 调整刀片后端的调整螺钉 使之达到规定的直径尺寸 并使刀片获得0 01mm 10mm倒锥 刀具预调 高效刀具的各种刀柄夹紧技术弹簧夹头 360 夹紧 高速切削时刀具易松动 新型弹簧夹头抗离心力强 容易被弄脏 刀尖的径向跳动决定于弹簧夹头及其夹具径向跳动和精度 优点 使用柔性好 径向跳动在0 01 0 02mm 缺点 交换刀具时需要清理 刀具预调 油压式刀柄360 柔性夹持 内套夹紧刀具柄部的重复径向跳动精度高 最适合于孔加工及精铣 由于挠曲问题而不适合弹力切削加工 优点 容易快速获得理想的径向跳动精度 缺点 成本高 动密封处易溅漏 维护不良易发生刀具移位 刀具未