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精心设计的刀具解决方案

来源:国际金属加工商情     发布时间:2021-03-09
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2019年,奥迪匈牙利公司在匈牙利Györ市生产了大约200万台汽车驱动系统和将近165,000辆汽车。其中,70%是三缸和四缸发动机;20%的是六缸汽油机和柴油机;五缸、八缸和十缸发动机仅为2%;电力驱动系统约占8%。


奥迪匈牙利公司还生产五种变型型号的汽油机和三种变型型号的柴油机以及功率63kW-470kW的电力驱动系统。目前,奥迪匈牙利公司也在生产奥迪TT跑车、奥迪TT敞篷跑车、奥迪Q3和奥迪Q3溜背车。2019年时又增加了带有电力驱动动力总成的奥迪Q3(混合动力技术)车型。


该产品系列中的一部分使用的是最初奥迪S5和RS5车型中使用的3.0升的V6汽油发动机。现在,保时捷Macan、大众Touareg和奥迪的各款S和RS车型中使用的也是这款发动机。2016年时,这种TFSI涡轮增压燃油分层喷射的发动机在奥迪匈牙利公司一条全新的生产线上开始生产了。


高速攻丝


在新汽车生产线设计时,奥迪匈牙利公司就决定在攻丝工序中使用Emuge-Franken公司研发生产的PunchTap高速攻丝丝锥了。在做出这一决定前,奥迪匈牙利公司对生产过程中使用高速攻丝的可行性进行了详细的调查了解。调查的内容包括了螺纹加工的质量、静态和动态性能以及疲劳强度,同时还深入了解了高速攻丝丝锥的性能、夹持稳定性直至高速攻丝加工的发动机在整车中的整体工作性能和质量认证。


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图1:奥迪匈牙利公司Györ汽车生产厂利用Emuge-Franken公司的Punch-Tap高速攻丝技术加工两种V6发动机的零部件,将切削加工的工时缩短了75%。


现在,使用高速攻丝丝锥加工螺纹已成为奥迪匈牙利公司的一项基本战略。另外,最小量润滑技术(MMS)在生产中的应用也越来越多了。奥迪匈牙利公司在新建生产线中采用Punch-Tap高速攻丝丝锥的主要原因是这种攻丝工序没有切屑、节省时间和能源。与常规螺纹加工相比较,高速攻丝的加工行程明显更短,从而节约了大量的加工工时。


每加工1个孔就可以节约0.7秒的工时


V6发动机的两个气缸盖和机体的内螺纹都是用高速攻丝丝锥加工的。两个缸盖的材料都是铝合金AISi7Cu0.5Mg,机体的材料是AISi8Cu3。两个缸盖的螺纹主要是M6螺纹。整台发动机大约有200个这样的螺纹孔。这些螺纹是在单独的螺纹加工线上完成加工的。使用的是GROB公司搭配西门子攻丝控制系统的G320和G520型攻丝机。与常规的螺纹加工一样,必须确保这些螺纹的牙形齿面公差为6H,中径公差为7H。高速攻丝在满足这两个公差要求的同时,还可以确保螺纹有着很好的表面质量。这些丝锥可以加工的最大深度为螺纹公称直径的3倍。也就是说:只要螺纹深度不超过3×D就都可以利用高速丝攻加工。为了确保可靠的夹持,Emuge-Franken公司专门开发了适合Punch-Tap高速攻丝使用的PT-Synchro型夹头。


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图 2: Emuge-Franken 公司的研发工程师 Christian Beer 先生正在检查 Punch-Tap 高速攻丝丝锥的磨损状况。


与传统的螺纹铣削技术不同,Punch-Tap螺纹挤压加工技术是一种全新的内螺纹加工技术。如果将高速攻丝丝锥加工时的行程与常规丝锥或者成型丝锥相比较,在加工公称直径M6、有效螺纹深度15mm时,高速攻丝的工进行程要短15倍,这就可以在一个螺纹的加工循环中减少75%的攻丝时间。


高速攻丝加工时的第一步是加工出一个螺旋凹槽并将高速攻丝丝锥引入到规定的尺寸处,然后,丝锥在螺纹底孔中旋转半圈,利用其特殊的齿形加工出完整的内螺纹,最后,退出螺纹孔。与传统螺纹加工工艺技术相比,这一方式将刀具切削加工的行程缩短了90%,而最终到底可以节约多少时间则取决于所加工的具体螺纹。


“与传统的螺纹加工技术相比较,每加工1个奥迪发动机的螺纹孔就可以节约0.7秒的时间。根据具体的螺纹深度,螺纹加工的时间从1.3秒减少到了0.6秒,从1.2秒减少到了0.5秒。”从事技术开发、参与了高速攻丝技术开发和生产线刀具使用寿命优化工作的AttilaBugár先生说道。


2016年,奥迪公司在斯图加特国际金属制造加工展览(AMB)上宣布将开始使用Punch-Tap高速攻丝技术生产V6发动机。之后,Emuge-Franken公司又对高速攻丝和工艺过程进行了优化。例如,对丝锥的材质的硬度和韧性进行了综合平衡。“丝锥的几何形状、涂层材料和表面处理也进行了优化。刀具涂层测试的结果表明:AISi8Cu3和AISi7Cu0.5Mg两种铝合金材料有着不同的刀具磨损量。在加工发动机气缸盖时,丝锥使用的涂层材料是TiN氮化钛涂层,而加工发动机机体的丝锥使用的是经过特殊表面处理的TiAIN氮化钛铝台金涂层。”Emuge-Franken公司技术开发工程师ChristianBeer先生说。


可靠的生产过程


Emuga-Franken公司还确保了在MMS最小润滑条件下能够可靠地使用Punch-Tap高速攻丝技术。过去,高速攻丝技术还必须使用乳化液冷却润滑。现在,新的高速攻丝丝锥首次在大批量生产的MMS最小润滑工况下得到了应用。“高速攻丝时我们需要很好的冷却润滑,因为它的每一个螺纹切削齿都承受着很高的切削扭矩。最重要的是:Punch-Tap高速攻丝丝锥在最小润滑的工况下也有着非常稳定的工艺过程,有着很高的耐用度。”奥迪公司的专家、Punch-Tap技术的发明人PeterKopton先生说。对此,他解释道:高速攻丝只需要非常短的切削加工时间。在丝锥只旋转半圈的切削加工过程中不会在切削刃处出现牢固的积削瘤。同时,单个切削齿上承受的切削力很高,这就迫使刀具形成较大的变形区,这也避免了积削瘤的形成。”


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图 3:Punch-Tap 高速攻丝丝锥能够可靠地加工两个气缸盖和一个发动机机 体上大约 200 个 M6 螺纹。


四年来,高速攻丝丝锥的使用也证明了它有着很高的工艺可靠性和很长的刀具使用寿命。“当前,我们的纪录是一支高速攻丝加工200,000个气缸盖上的螺纹孔,90,000个机体的螺纹孔。”Emuge-Franken公司的技术顾问NándorNárai先生说道。


但这还不是高速攻丝技术发展的终点。例如,Emuge-Franken公司正在考虑将机体螺纹孔的加工数量提高到120,000个。“我们当前讨论的是:是否要调整生产线。”负责V6EA839汽油发动机机体加工高速攻丝技术优化的ZsoltHulik先生说。对此,同时也负责气缸盖高速攻丝技术优化的CsabaBittmann先生说:“未来,在气缸盖的高速攻丝加工中,加工250,000个螺纹孔将是平常事。”


作为一种引进的新技术,Punch-Tap高速攻丝已经被证明是一种高效的,并且在苛刻的生产环境中能够可靠地工作运行,有着很长的刀具使用寿命的大批量生产工艺技术。Kopton先生估计:“这一技术能够减少攻丝时的切削加工时间,节约投资,并且在长期使用中不会产生比常规丝锥更高的刀具费用。”经过了四年的生产实践,Punch-Tap高速攻丝技术已经显示了很高的技术水平。


Emuge-Franken公司从高速攻丝项目一开始就陪伴奥迪匈牙利公司不断前进。“紧密的合作关系也体现在我们新钻孔、攻丝技术的开发中。最新的例子就是Taptor螺纹加工技术,一种将旋转与丝锥相互结合到一起的、可以节约大量工时的新技术。”Kopton先生说。


Emuge-Franken公司技术部的负责人DietmarHechtle先生也表示同意,他说:“首先,密切而且开放的合作使技术开发成为可能。客户的需求就是我们的灵感。它向我们展示了未来5-10年将要加工什么零部件,需要使用什么样的刀具,与奥迪的密切合作促成了创新技术的飞速发展。”



本文译自德国WerkstattundBetrieb杂志


作者:MichaelHobohm


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