我國發動（dòng）機缸體缸蓋高速銑（xǐ）削技術與刀具現狀

      傳（chuán）統（tǒng）的發動機缸體、缸蓋銑（xǐ）削加工（gōng）大量采用專機生產線，生產（chǎn）效率低下、生產節拍慢、生產成本高。如今，隨著新設備、新（xīn）工藝的不斷采用，發動機缸體、缸（gāng）蓋的銑削加工逐漸采用數（shù）控高速（sù）加工中心以替代這些傳統的專機生產線，向著高速銑削的方向發展，許多加工中心機床的（de）主軸（zhóu）轉速可達數萬轉。

      隨著數控設備（bèi）與高速銑削工藝的推（tuī）廣應用，刀具材（cái）料也發生了巨（jù）大變（biàn）化。近（jìn）年來，在發動機缸體、缸（gāng）蓋加工中，主要采（cǎi）用以（yǐ）硬質合金材料為主的各種銑刀代替了傳統的高速鋼刀具，銑削速度大幅提高，加工效率提高了數倍，為銑削加（jiā）工全麵進入高（gāo）速銑（xǐ）削階段起到了重要作用。隨著塗層（céng）技術的發展，硬質合金刀具（jù）的耐磨性和韌性得到了大幅度（dù）的提（tí）高，不僅開發了適應高速銑削、幹切削、硬切（qiē）削（xuē）的耐熱性更好的塗層，而且通過對塗層結構的創新，開發（fā）了納米、多層（céng）結構，大幅度提（tí）高了塗層硬（yìng）度和韌性，推動了硬質合金刀具（jù）的更廣泛應用。

      然而，隨著發動機缸體、缸蓋銑（xǐ）削加工向著更高的銑削速度（dù）發展，硬質合金刀具以及陶瓷等刀具已難以滿足使用要求，特別是當（dāng）銑（xǐ）削（xuē）線速度達到5000m/min以上時，聚晶（jīng）金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）將（jiāng）成為可供選擇的兩種超硬刀具（jù）材料。

       PCD/PCBN超硬刀（dāo）具的性能特點及應用

      目前，國外先（xiān）進國家已經大規模投入（rù）使用PCD/PCBN超硬刀具（見圖（tú）1），這與國外高速數控機床20年來的快速發展是分不開的，尤其是在汽車工業中，國外PCD/PCBN刀具已經占到刀具市（shì）場份額的30%以上。PCD/PCBN刀具以其高硬度、高耐磨性、良好的導熱性和低摩擦係數等優異性能，必將如同高速數控機床在中國的發展過（guò）程一樣（yàng），是大（dà）勢所趨。圖2所示為（wéi）安（ān）裝（zhuāng）了超硬刀片的可轉（zhuǎn）位麵銑刀。

      聚晶立方氮化硼PCBN是目前利用（yòng）人工方法合成的硬度僅次於金剛石的新型刀具材料，由於（yú）它具有遠遠高於其他材料的硬（yìng）度，因此它（tā）與（yǔ）金剛石統稱為超硬刀具材料。PCBN材料的硬度在4000～6000HV，具有很高（gāo）的熱穩定性、高溫硬度和（hé）抗氧化能力（lì），在銑削鑄鐵遇到夾渣時也不會發生崩刃；其楊氏模量約為（wéi）750GPa，高於WC、TiC、AL2O3等材料；密度較小，約為3.48×l03kg/m3，與AL2O3、Si3N4密度（dù）相（xiàng）近，而熱膨脹係數較小，因此，PCBN在高（gāo）溫狀態下基本不會（huì）產生變（biàn）形。基於上述優點（diǎn），PCBN刀具能夠滿足高速切削、幹式切削、硬（yìng）態切削等綠色製造的要求，非常適（shì）宜高速（sù）幹式切削鑄鐵類缸體、缸（gāng）蓋等工（gōng）件。

      聚晶金剛石PCD是英（yīng）文Polycrystallinediamond的簡稱，它與單晶金剛石相（xiàng）對應。PCD刀具（jù）具有硬度高、抗壓強度高、導（dǎo）熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加（jiā）工（gōng）精度和加工效率（lǜ）。PCD刀具材料的硬度可達8000HV，為硬質（zhì）合金的80～120倍；導熱係數為700W/mK，因此PCD刀具熱量傳遞迅（xùn）速；摩擦係數一（yī）般僅（jǐn）為0.1～0.3（硬質合金的（de）摩擦係數為0.4～1），因此PCD刀具可顯著減小切削力（lì）；熱（rè）膨脹係數僅為（wéi）（0.9～1.18）×10－6，僅（jǐn）相當於硬（yìng）質合金的1/5，因此PCD刀（dāo）具熱變形小，加工精度高；PCD刀具與非鐵（tiě）金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加（jiā）工過程中（zhōng）切屑不（bú）易粘結在（zài）刀尖上形成積屑瘤，所以PCD刀具在加工鋁、鎂、銅（tóng）等金屬及其合金時表現出了優良的性能。

      汽車工業是PCD/PCBN刀具最好的應用（yòng）領（lǐng）域。近年來，隨著我國汽車（chē）工業的不斷發展，汽車行業已成為國民經濟的重要支柱，PCD/PCBN刀具配合高速數控機床使用，能縮短加工時間達到一半以上（shàng），同時也減少非加（jiā）工時間，增加機床使用（yòng）壽命，提高加工效率。目前，國外PCD/PCBN刀具在氣缸體、氣缸蓋、車軸、變速器（qì）、軸承蓋等零件（jiàn）加工上應用很多。表1為PCD/PCBN刀具在各行業的應用情況。

      PCD/PCBN刀具高速銑（xǐ）削（xuē）發動機缸體缸蓋

      發動機（jī）缸體加工中，粗銑缸體（tǐ）幾個大麵是（shì）效率（lǜ）最低、生產成本最高的加工工序（xù）。圖3、圖4所示為鑄鐵發動機缸（gāng）體與鋁（lǚ）合金發（fā）動機缸體。目前，以塗（tú）層硬質合金麵銑刀為主的加（jiā）工方式已不（bú）能適（shì）應（yīng）日益增長的效率（lǜ）競爭的要求。

      為了解決這（zhè）個問題（tí），對於鑄鐵類發動機缸體，可以應用整體PCBN銑刀片高進給幹式粗銑（xǐ）平麵，可有效提高缸體的加工質（zhì）量與加（jiā）工效率。如上海通用（yòng）汽（qì）車（chē）公司（SGM）的發動機柔性生產線上應用（yòng）高性能PCBN刀具銑（xǐ）削發動機缸體平麵，銑削線速度高達1500～2000m/min，不僅大大提高了（le）發動機的（de）加工效率與加（jiā）工質量，縮（suō）短了加工時間，也提（tí）升了發動機生（shēng）產線的適應能力。表（biǎo）2為PCBN與硬質合金的切削參數對比。圖5為PCBN麵銑刀高速銑削灰鑄鐵發動機缸體。

      對於鋁合金材料的發動機缸體缸蓋，則廣泛采（cǎi）用PCD麵銑（xǐ）刀進行高速銑削（xuē）加工，使其加（jiā）工（gōng）效率與加工質量得到（dào）極大提高。圖6所示為可轉位PCD麵銑刀，其具體參數為：刀具直徑63mm，轉速19705r/min，每齒進給量0.12mm，齒數為5，總進給速度達12000mm/min，進給行程為3033mm，消耗（hào）時（shí）間15.2s，刀具壽（shòu）命為10000件。而對於相同規（guī）格（gé）的可（kě）轉位塗層硬質合金麵銑刀，其具體參數為（wéi）：刀（dāo）具直徑63mm，轉速4000r/min，每齒進給量0.2mm，齒數為6，總（zǒng）進給速度4800mm/min，進給行程3033mm，消耗時間37.9s，刀具壽命為800件。

      由對比可知，在其他條（tiáo）件相同（tóng）的前提下，PCD麵銑刀消耗（hào）的時間（jiān）比可轉位硬質合金麵（miàn）銑刀（dāo）消耗的時間減少（shǎo）約60%，而刀具壽命則為原來（lái）的12倍多，大大減輕了刀具調整等輔助勞動的（de）強度並節省了時間。另外，還可以適當采用帶修光刃的刀片，使加工效率、表麵質量得（dé）到（dào）進一步提升（shēng）。圖7所示為使（shǐ）用PCD麵銑刀（dāo）精銑鋁合金缸蓋燃燒室麵。

      結語

      PCD/PCBN代表刀具材料的發展方向，是一種較理想的切削刀具材料，其優良的性能及高效優質的加工早已在國內外得到普遍認可與證實，以這種材料來替代不可再生而（ér）且漸漸匱（kuì）乏的硬質合（hé）金材料（liào）刀具是必然趨勢。相信隨著高速加工技術的不斷（duàn）發展，以（yǐ）及PCD/PCBN刀具性能的不斷改善（shàn），成本的進一步降低，其應用（yòng）必將更為廣泛。