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涂層式汽缸孔是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的趨勢(shì)，瓦爾特使用特制的毛化刀具可以簡(jiǎn)化表面預(yù)加工流程。

2015-11-16 來源：數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)網(wǎng) 作者：瓦爾特

汽缸孔毛化刀具簡(jiǎn)化表面預(yù)加工流程 用于高品質(zhì)的乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)的加工

涂層式汽缸孔是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的趨勢(shì)，引起它們能改善乘用車的壽命周期評(píng)估。對(duì)于優(yōu)質(zhì)涂層而言，確保最佳的表面制備是關(guān)鍵所在。而其核心加工工藝是特制的毛化刀具的使用。總部位于德國(guó)圖賓根的瓦爾特公司使用裝有單刃PCD刀片鏜桿的理念。

汽車制造廠正在進(jìn)行各種調(diào)整和細(xì)化，讓汽車變得越來越環(huán)保。作為優(yōu)化的，他們還把重點(diǎn)放在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上。灰口鑄鐵正在被輕金屬鑄件取代。發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化，降低燃油消耗，減少二氧化碳排放，但是由于缸孔-活塞環(huán)摩擦副的質(zhì)量要求，灰口鑄鐵襯套仍用于鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中，但時(shí)間不會(huì)太長(zhǎng)。就是這種久經(jīng)證明的材料也不得不另找出路。它正在被涂層取代。灰口鑄鐵襯套壁厚為3～4毫米，但涂層厚度只有它的十分之一。由于采用涂層技術(shù)，車用四缸發(fā)動(dòng)機(jī)不久變窄25～30毫米。這種節(jié)省空間只是一個(gè)方面。這種新型的涂層有更好的耐磨性能。也就是說，進(jìn)入燃燒室的潤(rùn)滑油將減少，從而減少有害氣體的排放。

優(yōu)質(zhì)涂層要求必須對(duì)基材進(jìn)行細(xì)致的預(yù)處理。這主要用于承受大應(yīng)力的汽缸內(nèi)壁。傳統(tǒng)的預(yù)處理方法是噴水或噴砂處理。在高壓條件下，預(yù)加工的汽缸表面被涂成月白色（lunar landscape），以此為涂層金屬提供良好的附著表面。但是，噴砂技術(shù)也存在著一定的缺陷：系統(tǒng)屬于成本密集型系統(tǒng)，要求的空間大，內(nèi)部物流成本較高。另外，在生產(chǎn)中水和金剛砂是被認(rèn)為有問題的介質(zhì)。例如，金剛砂要求后續(xù)大量的零件清潔工作。所以可替換的方案因此而生：使用成型的孔加工刀具或粗加工刀具進(jìn)行機(jī)械加工。如果采用這種方法，曲軸箱就可以保留在前序粗鏜汽缸孔的加工中心上了。使用這把非標(biāo)刀具只是在眾多工藝中的一道附加加工工藝，并且可輕松融入生產(chǎn)線中，工藝大大簡(jiǎn)化。

這類非標(biāo)刀具可使用多種切實(shí)可行的方法。圖賓根瓦爾特汽車零件經(jīng)理兼曲軸箱加工負(fù)責(zé)人Burkhard Krauß說，他們依靠可靠的單刃鏜桿，單刃指的是鏜桿只配有一個(gè)切削刀片。采用PCD材質(zhì)，很精密，有很多獨(dú)立切削刃口，可加工成汽缸表面上帶凹槽的輪廓。與螺紋一樣，刀具在整個(gè)曲軸箱上開一道燕尾形凹槽。凹槽寬度范圍為120～180微米，深度范圍為60～130微米。凹痕很重要，通過凹痕，保持涂層金屬粘附牢固。布克哈德•克勞斯指出，當(dāng)今常用的涂層工藝（例如APS、PTWA和LDS）要求不同的輪廓或切削刀片，瓦爾特能提供所有產(chǎn)品。瓦爾特具有多年的PCD技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，能快速提供定制的解決方案。

簡(jiǎn)單可靠

在曲軸箱專家看來，只用一個(gè)切削刀片的刀具有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)：“調(diào)整比兩刃、三刃或四刃鉆頭容易得多。我們只要調(diào)整刀具直徑，工件其他要求由切削刀片保證。這種操作即輕松，又節(jié)省了很多時(shí)間，也可保證工藝過程的可靠性。”因此，單個(gè)PCD齒做成不同高度，有不同的傾斜角度。采用這種設(shè)計(jì)，他們可循序漸進(jìn)切削成要求的輪廓。重要注意事項(xiàng)：一個(gè)切削刀片可切削成整個(gè)輪廓，堪比絲錐的切削部分。

采用多刃解決方案，輪廓沿著不同切削刀片劃分。這需要徑向和軸向精準(zhǔn)調(diào)整，相互對(duì)齊。如果想要精密外形輪廓，這可不是一件容易的事情。如果發(fā)現(xiàn)調(diào)整精度不夠，存在輪廓誤切的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，附著功能馬上喪失，工作期間涂層會(huì)自行脫落。這對(duì)生產(chǎn)來說是一種重大災(zāi)難，因?yàn)椴还芤呀?jīng)完成了多少成本密集型工藝過程，相關(guān)曲軸箱必須報(bào)廢。

微米級(jí)公差

生產(chǎn)精致切削刀片要求極為嚴(yán)格。基材采用硬質(zhì)合金本體，上面焊接PCD片。用最細(xì)的絲通過線切割方式加工成齒型。零件經(jīng)理強(qiáng)調(diào)，此項(xiàng)工藝需要很多技巧和豐富經(jīng)驗(yàn)。細(xì)絲就是一個(gè)挑戰(zhàn)：一方面，它承受一個(gè)不能忽略的推力，另一方面，它的直徑受生產(chǎn)輪廓的限制。質(zhì)量通過先進(jìn)的測(cè)量顯微鏡得到保障，在顯微鏡下將目標(biāo)與實(shí)際輪廓進(jìn)行比較。

原則上，用類似方式檢查曲軸箱生產(chǎn)的質(zhì)量。加工完最后一個(gè)汽缸內(nèi)壁后，通常在生產(chǎn)線上安裝一臺(tái)攝像機(jī)，以監(jiān)視PCD鉆點(diǎn)的狀況。布克哈德•克勞斯說，如果加工后切削刀片上的所有齒都很完整，那么汽缸表面的加工合格。

當(dāng)今，機(jī)械預(yù)加工特別用于優(yōu)質(zhì)涂層。但是，專家認(rèn)為中小型轎車遲早會(huì)采用這種方法，并配備涂層曲軸箱。隨著數(shù)量增加，最終珩磨前采用一定幾何形狀的切削刃口加工涂層也日益成為一個(gè)突出問題。瓦爾特正在全面開展這方面的實(shí)驗(yàn)。