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伊斯卡專注汽車行業，提供先進的刀具解決方案

2020-4-14 來源：伊斯卡（kǎ）作者：-

前言

諸多不斷變化的因素，如油價的起伏、日益嚴苛的環境保護法規和技術往更高效的方（fāng）向發展，都在持續（xù）推進改變全球汽車市場。以上因素還（hái）加劇了汽車製造商和OEM製造商之間的競爭（zhēng），並（bìng）決定了當今汽車行業（yè）的製造趨勢。

當今（jīn）的發動機正變得更輕更小、更經（jīng）濟、更環保，也（yě）更精（jīng）巧、更（gèng）悄（qiāo）靜；較之上（shàng）一（yī）代機組，輸出功率和扭矩提高（gāo）了25-30%。如今，越來越（yuè）普（pǔ）及的渦輪增壓器在 ICE 內燃機優（yōu）化中起著關鍵作用。渦輪增壓器利（lì）用發動機以（yǐ）往（wǎng）未充分利用的（de）廢氣來推動渦輪旋轉，以激活（huó）空氣壓縮（suō）機（jī）。當（dāng）推進到發動機的燃燒（shāo）室時（shí），由此產生的空氣/燃油混合物可顯（xiǎn）著提高發動機的性能，並大大提高其能效。使用渦輪增壓器也會帶來不利的（de）後果，應用於柴（chái）油發動機（jī）時產生的熱量會使渦輪殼體溫度升高至900°C，應用於汽油發動機時（shí）渦輪殼體溫度甚至高達1100°C。確保這些零（líng）部件在如此高溫下能夠高（gāo）效工（gōng）作至關重要，因此（cǐ）渦輪殼體采用奧氏體耐熱鑄（zhù）鋼製造，具有相對高的蠕變強度、良好的熱穩定性和出色的可鑄性。

如果渦輪殼體易於加工，這種材料解決方案將是完美的（de），但許（xǔ）多渦輪增壓器製造商在使用標準刀具加工渦輪（lún）殼體（tǐ）時都遇到了困（kùn）難。通常標準硬質合金刀片在報廢前僅能加工少許幾個此類零件。在許多案例（lì）中（zhōng），這些刀具的損壞可能會導致停機和其它昂貴設備的（de）損壞。作為全球汽車行業的領軍供（gòng）應商，伊斯卡汽車行業部門受邀對解決上述問題給予支持。歸（guī）根結底有兩個主要的問題亟待解決：延長刀（dāo）具（jù）的刃口壽命；設計特製刀（dāo）具以縮減這（zhè）些複雜零件的加工時間，因全球有數以百萬計（jì）的（de）渦輪（lún）增壓器年產量。

更長的刀具壽命（mìng）可（kě）以最小化停機（jī）時間，使加工過（guò）程更為高效。因此，伊（yī）斯卡的研（yán）發部（bù）門開發了幾款先進的全新硬質合金刀（dāo）片牌號，這些牌號（hào）不僅能以非常高的切削速度運轉，而且比其他品牌的牌（pái）號耐用得（dé）多。伊斯卡將新（xīn）牌號與創新的（de）切削刃幾何形狀，以及技術創新的塗層後（hòu）處理技術完美整合，使得刀具切（qiē）削刃的使用壽（shòu）命更長，加工時間大大縮短。MS32是伊斯卡的全新牌號之一，主要用於粗銑和精銑加工。該硬質合金（jīn）基體在耐磨性和韌（rèn）性之間取得了良好的平衡，再結合技術前沿的CVD塗層，令得MS32牌（pái）號耐磨性更上一個等級。這一先進的新牌號已被證實可應用於幹式切削、濕式切削（xuē）、甚至是微量潤（rùn）滑切削MQL加（jiā）工環境中。舉例說明：伊斯卡直徑Ø100mm的麵銑刀SOF45 8/16-D100-10-32R，裝夾（jiá）10片標準（zhǔn）刀片（piàn）S845 SNHU 1305…MS32，能以切削（xuē）速度Vc = 150 m / min和每（měi）轉（zhuǎn）進給f = 3 mm/rev輕鬆完成對餘量為6mm的奧氏體耐熱鑄鋼的加工任務（wù），每更新一次切削刃可加工25-30個零件；而競爭對手的每刀片切削刃僅可（kě）完成（chéng）12個零件的加工。

通過采用單（dān）個刀具、組合（hé）刀具和多功（gōng）能（néng）刀具（jù），減免一些標準工步（bù），可以進一（yī）步縮減加工時間。例如，圖1展示的刀具在（zài）一次軸向裝夾移動中即可執（zhí）行5種不同的操作：粗鏜、倒圓角、精鏜、锪孔、倒角。假定采用（yòng）圖示刀具，平（píng）均每個工步可縮減5秒的加工時間（jiān），則（zé）每一加工（gōng）周期可有效縮減20秒。基於上述原因，因減少（shǎo）換刀操作還帶來意外的節省（shěng）；假設每次換刀大約需要5秒，那麽加工周期能再縮（suō）減20秒。綜上所述，通過（guò）使用這些高效刀（dāo）具，伊斯卡能幫助將該加工周期縮減（jiǎn）40秒，有助於直接提升客戶的盈利能力。該保守數據尚未考慮其他有（yǒu）利（lì）因（yīn）素，如節能、對刀時間、機（jī）器和設備折舊費用等。

氣缸體（tǐ）

大（dà）約10-15年前，最常用（yòng）的（de）鑄鐵缸體基本上被雙金屬缸體（嵌入鑄鐵襯（chèn）套的鋁缸體（tǐ））取代。如今，越來（lái）越多的汽車製（zhì）造商又用熱噴塗工藝或CBC缸孔塗裝方法取代了雙缸工藝，即一種特殊的可直接應用於鋁質氣缸壁的塗層。有幾（jǐ）種不同的熱噴塗方（fāng）法（fǎ）：等離子電弧噴塗PTWA、大氣等離子（zǐ）噴塗APS、電弧噴塗TWA等。采納這些塗層能（néng）為發動機（jī）及汽車性能帶來很多好處，列舉其中最重要的兩個如下：重量——無（wú）需沉重的鑄鐵襯套，發動機就輕了很多；潤滑——受塗層的微觀結構（gòu）影響使得氣（qì）缸和活塞之間的摩擦更小。

CBC缸孔塗裝的一個主要製造問題是硬度相對較高，塗層厚度相對不均勻。因此，通過汽缸珩磨工步來獲取最終尺寸將會是一個耗時長且複雜的過程。伊斯卡工程師的目標就是最小化珩磨加（jiā）工周期。他們首先（xiān）用高效鏜（táng）孔工藝取代了幾個耗時的粗磨加工。該（gāi）刀具裝備了4-6片伊斯卡PCBN刀片，均可獨立調節至（zhì）精準直徑。采用PCBN刀片（piàn）能以非常高的切削參數（shù）進（jìn）行加工。例如，以Vc = 400 - 700 m / min的切削速度和f = 1 - 1.2 mm/rev的每轉進給加工直徑100mm的氣缸孔（kǒng）。在某些（xiē）案例中，當排屑有問題，可采用前刀麵設計有斷屑槽（cáo）的PCBN刀片。鏜孔完成後，切削刃向刀（dāo）具軸心線方向移動，以避免退刀時劃傷氣缸表麵。

有兩種常見（jiàn）的機構（取決於機器）：一種是線性驅動拉杆，它隻有（yǒu）2種（zhǒng）狀態（“ON”用於鏜孔加工時；“OFF”用於退刀時）。另一種是完全（quán）由數字控製驅動的旋轉杆，可以實（shí）時改變刀具直徑；例如（rú），用於（yú）圓錐形、圓桶形或其他異形孔的內孔開槽或用於對由（yóu）磨損刀片加工的（de）內徑進行校正或補償。

這（zhè）些操作成功的一個關鍵（jiàn）要素是，選擇與被加工材料匹（pǐ）配的PCBN牌號。所挑選的牌（pái）號必須在硬度和韌性之間取得與加工相適配的正確平衡。雖然（rán）不建議在PCBN刀片的使用過程中施加（jiā）冷卻，但一些汽車製造商仍堅持使用濕式加工工藝。在這（zhè）種情況（kuàng）下，必須考慮加工環境（乳（rǔ）化液或油性冷卻劑、微量（liàng）潤滑冷卻MQL、幹式加工等（děng））。切削刃的刃口處（chù）理（負倒棱、倒圓角、鋒利切削刃（rèn）或鈍化切削刃等）取決於被（bèi）加工材（cái）料、切削參數和切削深度。

閥門

氣體交換閥，特別是排氣閥，總是處於集中熱負荷下。如前所述，廢氣溫度高（gāo）達（dá）900℃以上，這對閥門材料是一個很大的挑戰，會導致其過（guò）度磨損和過早疲勞失效。一些領先的公司已經開發了（le）新的技術來解決上述問題。其中一種解決方案是采用槍（qiāng）鑽從閥（fá）門頂部（bù）鑽孔，並用鈉填充該鑽腔。在發動（dòng）機運行（háng）過程中，鈉吸收產生的熱量並融（róng）化。震動效應迫（pò）使這種鈉溶液（yè）沿閥杆內孔（kǒng）上下移（yí）動，將熱（rè）量從閥頭散發（fā）到閥杆促（cù）使其冷卻。這樣閥頭就可以保持（chí）較低的（de）溫（wēn）度，延長使（shǐ）用壽命，降低（dī）閥門燃燒、提前點火和爆燃的風險。

伊斯卡的（de）整體硬質合（hé）金槍鑽加工（gōng）孔具有優異的表麵光潔度，這對於加工空心閥門的應（yīng）用至關重要。整體硬質合金槍鑽加工孔徑範圍：Ø0.9 -Ø16 mm。加工優（yōu）勢：鑽孔精度可達IT7；具有極佳的直線度和同（tóng）心度；保持孔的高（gāo）精度及同心度；可輕鬆實現Ra 0.4 - 1.6µm的表麵粗糙度；通常無需返工（省卻了鏜孔（kǒng）工序）。

在進行這些加工操作（zuò）時，為了能夠輕鬆地使鈉滑入閥杆內孔中，需使得內孔壁盡可能地光滑。對於這種特殊的應用，伊斯卡建議使用整體硬質合金槍鑽，驅動柄可以是（shì）鋼質（zhì）或硬質合金材質。這些鑽頭是為常規（guī）機床、加工中心、車床和專用槍鑽機設計的。伊（yī）斯卡提供直徑值（zhí）起始於0.9mm的槍鑽，槍鑽具（jù）有（yǒu）卓越的剛性（xìng），需同時提供冷卻液並優化冷卻流量。與（yǔ）焊接式槍鑽相比，采用這些整體硬質合金槍鑽無論是進給還是切削速度都能提高100%。

伊斯卡（kǎ）專業提供各式（shì）幾（jǐ）何形狀的槍鑽，這些（xiē）形狀針對不同的鑽削速率、加工孔（kǒng）精度和（hé）表麵光潔度而設計的。鑽頭的形狀及其輪（lún）廓必須與工件（jiàn）材料相適配。事實上（shàng），這正是伊斯卡的專家們在（zài）這一特定案例中所做的。然而（ér），甄選出正確的槍鑽幾何形狀隻是邁向成功的重要一步。適當的切削刃處理（前刀麵拋光和切削刃鈍化至恰當的（de）尺（chǐ）寸）可以進一步改善表（biǎo）麵光潔度（dù）；並有助於提高槍鑽的性能，延長槍鑽的使用壽命。此外，槍鑽刀體也經過拋光處理，變得非常光滑，使得切屑可以輕鬆從閥杆（gǎn）內排出。伊斯卡最新推出（chū）的（de）基於IC08超細晶粒硬質合金基體采用AlTiN（PVD）納米塗層的槍鑽（zuàn）可以實現最佳的空心閥門鑽削效果。

凸輪軸（zhóu）

與傳統的用鑄造或鍛造（zào）棒料加工的方法相比，用模塊組裝凸輪軸是一個相對較新的（de）概（gài）念，可以使凸輪軸變得更輕（減重可達45%），且成本也低得多。該係統采用熱膨脹作為工藝原（yuán）理，一些OEM製造商將預熱的單個凸輪固定在預（yù）冷的精密鋼管上（shàng）。其他製造商會將單個凸輪固定在鋼管上，然後通過使用（yòng）熱空氣壓力，在與凸輪接合的地方擴張鋼管直（zhí）徑。這兩種方法都可以使每個凸輪的凸角精確地按照凸輪軸（zhóu）的幾何形狀排列。

單個凸輪要麽是由金屬粉末壓製後燒結而成，要麽（me）是由淬火鋼製成。由於每年需生產的這類（lèi）凸輪數以百萬計，製造商們急於將加工周（zhōu）期縮至最短。而OEM製造商需要保持靈活（huó）性，對快速更迭的市場（chǎng）即（jí）時做（zuò）出反應（yīng），並盡可能地少花錢，所（suǒ）以（yǐ）他們更願意投資特（tè）製刀具，而不是購置新的機床。

為了縮短加工周期，伊斯卡開發了一個技術創新的概念，即一款能夠完成整個凸輪加工的創新刀片。這款不同（tóng）凡響的刀片可完成（chéng）端麵車削（xuē）、內孔（kǒng）粗車削、內孔精（jīng）車削和倒角加工。這把極（jí）其耐用的立裝夾緊刀片可以在盡可能高的切削參數下（xià）輕鬆（sōng）應對上述所有4種操作，包括加工凸輪凸角的輪廓，且僅需幾秒就能完成整個凸輪加工周期。

針對鍛造凸輪軸的深孔鑽削加工，伊斯卡提出（chū）了一種不同的方法，即使用夾持（chí）可換硬（yìng）質合金刀片（piàn）的深孔鑽（zuàn）。這一新想法給OEM製造（zào）商們帶來諸多好處。與使（shǐ）用傳統槍鑽相比，采用新（xīn）型槍鑽使這一加工工藝更（gèng）具經濟可行性：一是標準刀片的庫存總是（shì）充足的；一是（shì）刀片帶有3個切削刃，無需重（chóng）新修磨。刀片（piàn）前刀麵帶有大正前角壓製斷屑槽，後刀麵帶有三個分屑台的鋸齒形切削刃，能將切（qiē）屑切分為多個短小切屑，從而（ér）降低加工扭矩，也即能實現更大的進給，並提高了排（pái）屑的流暢性。此外，在切削刃的末端，也即是加工孔壁處還設計有短修光刃，用以實現出色的孔加工表（biǎo）麵質量。采用伊斯卡的TRIDEEP係列（liè）深孔鑽（型（xíng）號為GD- DH…）可獲取高達IT10公差等級精（jīng）度的孔徑，鑽頭直徑範圍為16-28 mm。標準TOGT刀（dāo）片帶有三（sān）個鋸齒形切削刃，加工中生成易於（yú）排出的窄短切屑，切削輕快。

強烈推薦將這些經濟且高效的刀具應用於凸輪軸的深孔鑽削加工（gōng），該深孔鑽也適用於車床和槍鑽專機。GD-DH深孔鑽（zuàn）頭的（de）鑽深比通常設定為10、15和25。伊斯卡也可（kě）為客（kè）戶（hù）定製長達2400mm的TRI-DEEP係列鑽頭。

活塞

與傳統的鋁活塞相比，更短和薄壁（有時需采用摩擦焊）的鋼質活塞更輕，比（bǐ）鋁質活塞承受的負荷更高。丁槽活塞的幾何形狀變得更加複雜，需要具有創新的工程思路來加（jiā）工可達性差的加工麵。加工刀具如圖5。圖5上方刀具：一款一次性（xìng）加工四個活塞環槽的專用刀（dāo）具；

圖5下方刀（dāo）具：采用伊斯（sī）卡高精度且易於更換的（de）GRIP刀片的仿形刀具來加工位於活塞頂部的可達性差且形狀複（fù）雜的燃燒（shāo）室。

伊斯卡在加工鋼質活塞方麵（miàn）的目標：

1.減少加工所需（xū）刀具的數量，以壓縮費（fèi）用高昂（áng）的加工（gōng）周（zhōu）期耗時。由於加工區域可達性差，就需要刀具設計具有高水準的（de）創造（zào）力（lì）。刀具必須足夠窄（zhǎi）以順利（lì）切入活塞且不發生幹涉、碰撞，同時也必須足夠強固以承受高切削力（lì）。伊斯卡的GRIP係列產品兼具所需的剛性和通用性。易於操作的（de）刀片夾緊係（xì）統沒有（yǒu）多餘的部件，可以強力夾持刀片，即使改變切削方向也不會從刀具定（dìng）位槽中脫落。也就是（shì）說采用該刀具可用於端麵切槽、左手車削、右手車削及輪（lún）廓（kuò）加工，加工過程無（wú）震動，並可獲（huò）取光潔閃亮的表麵（miàn）。

2.此（cǐ）外，為了能有效從複雜的腔體中排出切屑，伊斯卡還（hái）為GRIP刀片提供各式（shì）分屑槽，以將切屑劈裂為小段快速排出。

3.增（zēng）延刀片切削刃（rèn）壽命。刀具壽命短意味著機床停機次數多，也意味著加工效率低。事實上，伊斯卡Jet HP概（gài）念的係列刀具已曆經實踐檢驗，能使得高壓冷（lěng）卻射流直達切削區域，極大地提高了（le）每一切削（xuē）刃的使用壽命。此外（wài），采納該加工方式還能改善斷屑進程。

結語

汽（qì）車製造商推（tuī）出新平台（tái）和新車型的時（shí）刻表每年都（dōu）在收緊（jǐn），因此OEM製造商不斷向第2、3級供應商（shāng）施壓，要求縮短交貨期。伊斯卡的大多數汽車項目是由其總（zǒng）部設計的，然而（ér）公司的物流協調（diào）特別重視客戶所訴求的交（jiāo）貨時間。雖然伊斯卡的生產工廠遍布世界各地，但在許多案例中，伊斯卡會挑選離客（kè）戶最近的工廠以便在盡可能短的時間內生產製造交付出非標（biāo）訂（dìng）製刀具（jù）。除了時間和物流因素（sù），該措施還能帶來諸多經濟（jì）優勢，如更（gèng）少（shǎo）的稅收、更低的運輸成本等等。

對生產環（huán）境進行更潔淨的限控在今天的市場中（zhōng）扮演著重要的角色。伊斯卡為當（dāng）今和未來建（jiàn）設一個（gè）更美好的（de）世界（jiè）做出貢（gòng）獻，包括（kuò）提供有（yǒu）效的硬質合金回收計劃、更耐用的刀具、能（néng）耗更低的產品以及提（tí）供與微量（liàng）潤滑（huá）MQL兼容的刀具。伊斯卡（kǎ）經驗豐富的技術專家可以為世界各地的客戶提供（gòng）卓越的支持和服務。我們的專（zhuān）業團隊護持客戶的生產全程（chéng），直到項（xiàng）目全麵收官並驗收。

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