中國(guó)汽車(chē)工業(yè)針對(duì)性地提出的“提高效率，降低成本”的要求，汽車(chē)制造業(yè)及其制造裝備供應(yīng)商都在各個(gè)方面不斷改進(jìn)加以適應(yīng)。其中先進(jìn)刀具的應(yīng)用就是最重要的手段之一。汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，離不開(kāi)生產(chǎn)制造技術(shù)及裝備的提升與革新。本文主要在動(dòng)力總成的高效加工方面，就發(fā)揮先進(jìn)刀具的性能與動(dòng)力總成生產(chǎn)線的提高效率和降低成本之間的關(guān)系談一些想法。

目前現(xiàn)代汽車(chē)動(dòng)力總成生產(chǎn)線具有以下明顯的特點(diǎn)：多品種、中批量生產(chǎn)；高效率；節(jié)拍快；低成本。其中的高效率和低成本，需要設(shè)備與刀具的合理匹配。因此，在應(yīng)用先進(jìn)刀具時(shí)，在規(guī)劃的設(shè)備上，為了達(dá)到高效率和節(jié)拍平衡，要求使用高速度、高進(jìn)給的刀具；規(guī)劃時(shí)往往會(huì)犧牲刀具壽命來(lái)滿足節(jié)拍要求，但同時(shí)又要求保證最低要求的刀具壽命；設(shè)備規(guī)劃時(shí)僅在節(jié)拍允許的范圍內(nèi)，才可能考慮延長(zhǎng)刀具壽命。因此，在動(dòng)力總成的高效加工中，充分、合理發(fā)揮先進(jìn)刀具的性能是最重要的手段之一。

先進(jìn)刀具在提高效率中的關(guān)鍵作用

汽車(chē)工業(yè)的動(dòng)力總成生產(chǎn)中關(guān)于提高效率的要求，就是使用盡可能少的機(jī)床在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)盡可能更多的零件。具體到先進(jìn)刀具應(yīng)用上，就是提高單位時(shí)間的金屬切削率，減少機(jī)床非切削的輔助時(shí)間，提高機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率。

先進(jìn)刀具提高機(jī)床單位時(shí)間的金屬切削率，主要通過(guò)先進(jìn)刀具的高切削速度、高進(jìn)給來(lái)實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力總成生產(chǎn)線追求高效率帶來(lái)了高速CNC機(jī)床的大量應(yīng)用，同時(shí)也要求刀具具備高速切削的能力。刀具本身大量應(yīng)用高速切削的材質(zhì)如PCD、CBN、陶瓷、硬質(zhì)合金及復(fù)合涂層等。先進(jìn)刀具刀柄大多應(yīng)用具有很好的平衡性能的高轉(zhuǎn)速的HSK系列刀柄設(shè)計(jì)來(lái)適應(yīng)刀具的高速切削。以上條件保證了刀具在加工中的高切削速度和高進(jìn)給應(yīng)用。如典型的由鋁合金鑄造的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，其缸蓋結(jié)合面如圖1所示，有20個(gè)連接螺栓孔需要加工，在底孔加工中選用先進(jìn)刀具和傳統(tǒng)刀具將對(duì)生產(chǎn)線加工效率有著極大的影響（見(jiàn)表1）。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋結(jié)合面

表1 在底孔加工中選用先進(jìn)刀具和傳統(tǒng)刀具的比較

通過(guò)表中的數(shù)據(jù)對(duì)比，可以知道在加工該工藝底孔時(shí)，傳統(tǒng)刀具的加工時(shí)間是先進(jìn)刀具加工時(shí)間的370%，如以生產(chǎn)線的規(guī)劃節(jié)拍為75s來(lái)計(jì)算，選用傳統(tǒng)刀具至少需要2臺(tái)機(jī)床同時(shí)加工該工藝底孔才有可能滿足節(jié)拍要求。而選用先進(jìn)刀具只需要1臺(tái)機(jī)床加工該工藝底孔就可以滿足且可有富裕時(shí)間加工其他工藝要求。由此可見(jiàn)，刀具的高速度、高進(jìn)給保證了生產(chǎn)中對(duì)加工效率越來(lái)越高的要求。

先進(jìn)刀具通過(guò)組合刀具的合理、大量使用來(lái)減少機(jī)床非切削的輔助時(shí)間，達(dá)到提高動(dòng)力總成生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的目的。先進(jìn)刀具中的組合刀具具有如下特點(diǎn)：高效率、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性。組合刀具一般是將幾個(gè)加工內(nèi)容組合在一把刀具上，從而只通過(guò)一次進(jìn)給，便可完成全部的加工內(nèi)容。這樣不僅減少了加工時(shí)間，同時(shí)也減少了如換刀等輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)效率，在現(xiàn)代汽車(chē)動(dòng)力總成制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如在動(dòng)力總成中常見(jiàn)的20個(gè)螺紋M10X1.5的底孔加工時(shí)，往往需要倒角或有沉孔（見(jiàn)圖2）。

圖2 螺紋刨面圖

比較采用一般的D8.5鉆頭＋倒角鉆二次加工與組合加工的臺(tái)階鉆一次加工的結(jié)果，表2的結(jié)論清楚地表明，采用一次加工的組合臺(tái)階鉆比鉆頭＋倒角鉆二次加工可以節(jié)約的輔助時(shí)間占總加工時(shí)間的17%。當(dāng)然，不同的加工狀況會(huì)有一定的差異，但上述結(jié)論說(shuō)明先進(jìn)的組合刀具在動(dòng)力總成提高效率中能夠起到重要的作用。因此，為了盡可能減少輔助時(shí)間，提高加工效率，汽車(chē)動(dòng)力總成加工中大量應(yīng)用先進(jìn)組合刀具才能滿足高效率的要求。

表2 傳統(tǒng)加工工藝與組合加工的比較

先進(jìn)刀具的優(yōu)化應(yīng)用，可提高刀具壽命，減少生產(chǎn)中刀具換刀頻次，提高機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率，從而提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。例如某鋁合金缸體上的水泵孔粗加工（見(jiàn)圖3），原方案采用硬質(zhì)合金刀片，刀具壽命80件，每班需換2次刀，每次換刀時(shí)間15min，對(duì)機(jī)床的開(kāi)動(dòng)率有較大的影響。新方案采用PCD焊接刀片，刀具壽命1 000件，極大地減少了換刀時(shí)間。

圖3 某鋁合金缸體上的水泵孔粗加工

兩種方案的比較如表3所示，先進(jìn)刀具的方案相比較原方案僅在換刀時(shí)間上就可為生產(chǎn)線每年節(jié)省1個(gè)月時(shí)間，如可以充分利用該時(shí)間，在不增加設(shè)備和人員的前提下每年可以多生產(chǎn)約2萬(wàn)個(gè)零件，這將極其有效地提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

表3 選用硬質(zhì)合金刀片與PCD焊接刀片的加工比較

先進(jìn)刀具在降低成本中的主導(dǎo)作用

汽車(chē)行業(yè)的成本統(tǒng)計(jì)中，刀具成本僅占動(dòng)力總成總成本的3%～5%，但它卻能影響總成本的20%～30%。這主要來(lái)自于先進(jìn)刀具帶來(lái)的生產(chǎn)效率的提高而導(dǎo)致生產(chǎn)線生產(chǎn)成本的下降。先進(jìn)刀具不僅能直接降低動(dòng)力總成的刀具成本，而且能間接帶來(lái)生產(chǎn)成本的顯著降低，符合“精益生產(chǎn)”原則——用最小投資贏得最大經(jīng)濟(jì)效益。先進(jìn)刀具在動(dòng)力總成降低成本的主導(dǎo)作用，主要體現(xiàn)在降低設(shè)備投資、降低零件單件刀具消耗費(fèi)用和減少生產(chǎn)費(fèi)用等方面。

先進(jìn)刀具在項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)可以降低動(dòng)力總成生產(chǎn)線的設(shè)備投資。生產(chǎn)降低成本的要求從發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的立項(xiàng)開(kāi)始就貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目全過(guò)程，始終如一。積極應(yīng)用先進(jìn)加工刀具就具有減少設(shè)備投資，贏得最大經(jīng)濟(jì)效益的作用。例如圖1中的工藝分析，采用先進(jìn)刀具的方案將比采用傳統(tǒng)刀具的方案減少1臺(tái)機(jī)床的投資，如果整個(gè)項(xiàng)目都應(yīng)用先進(jìn)刀具，盡可能減少機(jī)床設(shè)備的投資，就可以達(dá)到用最小投資贏得最大經(jīng)濟(jì)效益的目的。再如缸體的啟動(dòng)電機(jī)面的加工（見(jiàn)圖4），由于被加工面與CNC機(jī)床主軸平行，傳統(tǒng)方案是使用專(zhuān)機(jī)來(lái)加工，成本約百萬(wàn)級(jí)人民幣，且設(shè)備柔性差?，F(xiàn)可以使用銑削用角度頭，直接在標(biāo)準(zhǔn)CNC機(jī)床上使用，投資約十萬(wàn)級(jí)人民幣，并且設(shè)備柔性好。很明顯，在滿足同樣的工藝要求前提下，設(shè)備投資的下降是非常可觀的。

圖4 缸體的啟動(dòng)電機(jī)面的加工

降低零件單件刀具消耗費(fèi)用

先進(jìn)刀具在降低零件單件刀具消耗費(fèi)用方面也有著不俗的表現(xiàn)。先進(jìn)刀具的價(jià)格往往相對(duì)比較昂貴，但先進(jìn)刀具的性能可比傳統(tǒng)刀具有很大提高，綜合零件單件刀具消耗費(fèi)用一般有明顯的下降。例如，同尺寸規(guī)格的硬質(zhì)合金鉸刀和PCD鉸刀在發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金零件上的加工比較，價(jià)格上PCD鉸刀一般是硬質(zhì)合金鉸刀的3～5倍，刀具壽命上PCD鉸刀一般是硬質(zhì)合金鉸刀的10倍，而采用PCD鉸刀，零件單件刀具消耗費(fèi)用一般可以下降50%或更多。對(duì)于現(xiàn)有生產(chǎn)線，刀具技術(shù)的不斷發(fā)展使刀具成本在其性能充分發(fā)揮的前提下仍能不斷下降。先進(jìn)刀具的新材質(zhì)、新涂層，相對(duì)于原來(lái)的刀具，其壽命往往有10%～30%的提高，而價(jià)格一般相差無(wú)幾。

減少生產(chǎn)費(fèi)用

先進(jìn)刀具在生產(chǎn)中可以持續(xù)地減少生產(chǎn)費(fèi)用。先進(jìn)刀具的干式加工和MQL已逐漸成為未來(lái)加工的方向，通過(guò)不用和微量使用冷卻液，一般可以節(jié)約15%的制造成本，另外還可通過(guò)減少零件的單位加工時(shí)間、減少換刀損失、增加機(jī)床開(kāi)動(dòng)率、降低刀具管理成本和延長(zhǎng)刀具壽命降低刀具的庫(kù)存費(fèi)用來(lái)降低生產(chǎn)成本。據(jù)報(bào)道，有部分企業(yè)采購(gòu)了大量的進(jìn)口高性能機(jī)床，但卻選用傳統(tǒng)的低性能的高速鋼刀具，機(jī)床的性能只發(fā)揮出10%～20%，由于刀具壽命短而機(jī)床頻繁停機(jī)換刀，表面上看刀具成本可能是比較低的，但如從零件的生產(chǎn)成本來(lái)看，由于設(shè)備的折舊費(fèi)用攤到較少的零件上，零件的成本勢(shì)必會(huì)大幅上升。因此，明智的選擇應(yīng)該是應(yīng)用先進(jìn)刀具，最大程度地提高機(jī)床的單位時(shí)間產(chǎn)出，從而盡可能地降低生產(chǎn)成本。

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