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    汽車動力總成系統零件的干式加工

    汽車動力總成系統零件的干式加工

    • 分類:公司新聞
    • 作者:
    • 來源:
    • 發布時間:2021-06-21
    • 訪問量:0

    【概要描述】達姆施塔特工業大學生產工程與機床研究所(PTW)除了提供對汽車動力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質進行面向應用的切削研究的成果外,還提供進行經濟和生態評估的完整的方法,以及成功實施微量潤滑切削技術的戰略。在切削加工工業中,目前比以往任何時候更需要重視能源和資源的利用效率,環境和勞動的保護,減少二氧化碳的排放以及生產的可持續發展。同時必須在經濟上進一步優化生產工藝。在這個應優先考慮的領域,可以通過創新

    汽車動力總成系統零件的干式加工

    【概要描述】達姆施塔特工業大學生產工程與機床研究所(PTW)除了提供對汽車動力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質進行面向應用的切削研究的成果外,還提供進行經濟和生態評估的完整的方法,以及成功實施微量潤滑切削技術的戰略。在切削加工工業中,目前比以往任何時候更需要重視能源和資源的利用效率,環境和勞動的保護,減少二氧化碳的排放以及生產的可持續發展。同時必須在經濟上進一步優化生產工藝。在這個應優先考慮的領域,可以通過創新

    • 分類:公司新聞
    • 作者:
    • 來源:
    • 發布時間:2021-06-21
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    達姆施塔特工業大學生產工程與機床研究所(PTW)除了提供對汽車動力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質進行面向應用的切削研究的成果外,還提供進行經濟和生態評估的完整的方法,以及成功實施微量潤滑切削技術的戰略。

    在切削加工工業中,目前比以往任何時候更需要重視能源和資源的利用效率,環境和勞動的保護,減少二氧化碳的排放以及生產的可持續發展。同時必須在經濟上 進一步優化生產工藝。在這個應優先考慮的領域,可以通過創新的“綠色”工藝挖掘新的合理化潛力,而微量潤滑技術能夠為此作出很大的貢獻。

    對于汽車動力總成系統零件的大批量切削加工,就其加工費用的構成所進行的分析表明,使用傳統的大流量乳化冷卻液,其費用要占到構件制造費用的15%,這比刀具費用所占的份額約高3倍(圖1)。冷卻潤滑液系統的費用,除了購置冷卻潤滑系統的固定費用外,還包括冷卻潤滑設備運行的日常支出(冷卻潤滑液的采購、定期保養和排放等費用)。在德國有非常嚴格的廢物排放規定,廢料的排放費用比冷卻潤滑液的購置費還要高。同樣,還有維護、維修以及能源和清理切屑等方面的費用。在這里,我們不討論由于使用冷卻潤滑液所造成的嚴重環境污染(由于泄漏造成土壤、水源和空氣的污染)對健康的危害(肺病和皮膚濕疹)。

    上述問題特別促使了西歐和美國的著名汽車制造商紛紛轉變想法,紛紛放棄使用傳統的冷卻潤滑的戰略。在MAG IAS公司,近三年來提供了適合于微量潤滑系統使用的生產系統已占到銷售的生產系統的40%多,而這種趨向還在不斷擴大中。但是,要是完全放棄冷卻潤滑液會對加工過程的可靠性和有效性產生負面的影響。冷卻潤滑液除了承擔著冷卻和潤滑的任務外,還起到諸如從加工區和機床運走切屑的其他重要作用。

    即使在較少潤滑液供給的情況下,仍能確保潤滑的關鍵技術是微量潤滑技術。對于這種技術,能做到“需要時供給必需多的潤滑介質,減少時則盡可能供應少量的潤滑介質”,人們把一個可持續發展的,并且在清潔實施的情況下仍是比較經濟的技術同采用微量潤滑技術結合了起來。

    微量潤滑技術的特點是以最少的潤滑液輸送到切削的作用部位。作為潤滑介質載體的壓縮空氣,采用的壓力為4~10巴。因為所使用的潤滑液(通常是脂油和脂肪族醇)幾乎完全被蒸發掉,不進行回收,給切削部位連續輸送“新鮮”的潤滑油。其潤滑油的消耗量要比通過切屑和工件本身所帶走的冷卻潤滑液少好多倍。微量潤滑的油耗通常每過程小時5~50ml。在成批生產中,采用通過主軸內部的單通道和雙通道潤滑裝置。采用單通道技術時,先在潤滑裝置中產生油霧,然后將油霧輸入主軸的回轉接頭。而對于雙通道技術來說,介質的混合是在主軸-刀具接口處進行的。Bielomatik Leuze公司可提供單通道和雙通道潤滑技術,這兩種技術在實際應用上有不同的優點(見表1)。

    根據專家的意見,大部分加工過程采用較少的油量(小于25ml/小時)就足夠了。發動機的變速箱體,目前使用5ml微量潤滑油的總消耗量已能夠可靠地進行加工。挑戰性的切削過程(例如鉆孔、鉸孔和攻絲)為有效地進行生產需要很多的潤滑油(約達200ml/小時)。此外,當潤滑介質的供給距離較長時,推薦采用雙通道微量潤滑系統。但是,所采用的技術和潤滑油量很大程度上取決于加工工藝、構件所要求的加工質量、刀具和所采用的切削用量等綜合因素。除了減少潤滑油耗外,一種可看得出來的趨向是減少壓縮空氣,以便進一步降低生產費用和提高加工過程的可靠性。

    除了所要選擇的微量潤滑技術參數外,有針對性的開發適合于微量潤滑技術用的切削刀具是成功實施這種技術的重要組成部分。例如對于深孔鉆削加工來說,這種情況就變得更為明顯。在這里,通過每小時幾百升流量的內高壓冷卻就能夠毫無問題地從較深的孔中排除切屑,而在采用微量潤滑技術時常常會出現切屑被卡住的情況,由此導致刀具的損壞。加工所產生的切削熱,大部分被刀具和工件所吸收。由于變化的機械熱負荷和不適當的刀具系統導致較低的刀具壽命和較差的工件質量。除了例如通過有針對性的進給方向前角的變型改善鉆頭和鉸刀的斷屑和排屑性能外,通過給切削部位連續和足夠量地輸送油-氣混合潤滑介質有著重要的優化潛力。應根據通過實驗建立的模型來計算和確定刀具中冷卻通道的位置、橫截面和與相鄰冷卻通道的接合點。

    由于在汽車工業中較多的采用復合刀具,即使是對于其他的加工刀具,冷卻通道的設計也應受到普遍的重視。在鉆削和鉸削過程中所獲得的知識也可以用于多階梯復合刀具上。除了刀具內部的冷卻通道外,刀柄的鎖緊件和夾緊系統冷卻介質的傳輸管件也十分重要。內部空腔應通過結構措施進行消除,以避免產生潤滑介質的離析。圖2所示是Guhring公司根據德國工業標準DIN69090專門為微量潤滑技術設計的工具接口。

    在將來,將通過采用高效微處理器與易于操作的有限元程序相結合來適應刀具微型結構的發展。重點是通過有針對性的改變主切削刃和副切削刃的幾何角度,以減小所產生的熱通量密度來支持開發節約資源的新刀具結構。

    在生產廠家和用戶所進行的微量潤滑液的噴射試驗,會產生較高的時間消耗和費用開支,但是直到現在,這對于了解微量潤滑技術的性能和進行結構上的優化還是必要的。制造刀具的額外花費和質量檢驗上的耗費,使刀具的購置費用也會跟著增加20%。

    當觀察一下當前汽車制造廠家利用微量潤滑技術加工汽車動力總成系統眾多零件的情況,可以表明,即使會增加刀具費用,然而刀具制造廠家值得在開發適合于微量潤滑用的刀具系統進行投資。除了首次采用微量潤滑技術進行加工的車輪支架外,采用微量潤滑加工技術的還有鑄鐵和鋁合金材質的變速箱體、缸蓋、缸體和曲軸。

    當今,在福特汽車廠,采用微量潤滑切削技術的機床數量達到三位數。目前,例如在新興市場有更多安裝了這樣的設備。在2011年,戴姆勒公司采用微量潤滑切削技術的機床超過了800臺。應用微量潤滑切削技術的發展趨向十分明顯。圖3提供了一個關于目前采用微量潤滑切削技術所加工的一些產品類別。

    微量潤滑技術幾乎唯一是限于采用具有一定幾何形狀切削刀刃的加工工藝上。所提及的鉆孔工序,仍然要十分謹慎的考慮,特別是對于小于2mm直徑和刀具長度大于75倍直徑的鉆頭,進行加工要更加小心。氣門機構和噴油嘴的孔加工,這對于生產廠家來說是一種挑戰。在發動機的研發中,趨向于小型高增壓的總成導致采用新的耐高溫的材料。采用微量潤滑特別是難于解決較高的溫升。但是,在原則上,可以實現任何一種加工工藝,這取決于正確的調整。為了成功地實施微量潤滑切削技術,所有參與切削加工的企業之間進行密切的合作是必要的,特別重要的是用戶要向機床或刀具制造廠進行信息反饋,以便進一步改善微量潤滑切削過程。為了成功應用微量潤滑切削技術,需要用戶為實施這種工藝作出果斷的抉擇。

    關于微量潤滑設備,接受調查的用戶情況表明,設備的使用沒有統一的說明,最終的問題是,是否應選擇單通道或是應選擇雙通道,往往只是一個經濟問題。而在福特汽車廠采用的主要是雙通道潤滑系統,在戴姆勒公司采用的主要是單通道潤滑系統。對于諸如深孔鉆削或需要較高轉速的個別加工工序,在戴姆勒公司的梅塞德斯·奔馳工廠里也采用了雙通道系統,但是,這種雙通道系統在整個數量上僅起次要的作用。MAG IAS公司認為,這些系統在全球范圍分布的情況是大致相同的。

    對于所采用的潤滑介質的要求是多種多樣的,最為重要的要求是在具有良好“抗粘結性”的同時,要有較好的潤滑性能。在潤滑介質中斷輸送的情況下,必須要有殘余的潤滑效果。但是,同潤滑介質相聯系的粘附性能,對弄臟機床和工件則產生負面影響。此外,潤滑介質會既不允許進一步像化學反應相互作用,也不可以導致沉積。還有不能對機床操作者的健康和安全性(阻燃)產生損害。一些確切的要求都與加工任務有關。對于實際的使用,潤滑介質應容易霧化和可以定量供給,并且具有良好的熱穩定性。在加工鋁合金材料時,主要采用脂油(一種合成油—譯注),這種油有良好的潤滑性能,如果強調無潤滑介質的殘留物,則往往采用脂肪族醇。在這里,特別對于出現弄臟工件和機床的情況,有必要進行優化。此外,應改善潤滑油的定量供給。通過合適的測量技術,可以針對加工任務實時調整相應的油量。

    關于加工技術在時間、費用和質量上存在矛盾的場合,可以顯示出微量潤滑切削技術的一些積極效果。對于一條采用微量潤滑切削技術的新的生產線,進行調試時,由于比較復雜和可能存在故障的原因較多,產生的費用也就比較高。而反過來,這里的投資卻比較少(取消了冷卻潤滑設備和節省了空間)。在運行時潤滑介質的費用比較低,而刀具費用略有增加。而在這種工藝技術進一步推廣和工件數的不斷增加的過程中,刀具費用的影響預期將變得較小。由于微量潤滑技術缺少冷卻的作用,工件和機床必要的溫度補償和車間的空調或構件的溫度調控,這就產生了其他的一些費用項目。如果這些條件都滿足,那么就可以采用較高的切削用量來減少生產時間和提高構件質量。為了充分利用這種工藝技術的潛力,例如Mapal和Guhring公司專門為他們的用戶提供人員培訓。首先,由于終加工質量的提高,通常會作出有利于采用微量潤滑技術的決定。在將來一種可能的方案,也許可以采用夏季用和冬季用的刀具,以適應生產的具體溫度條件。在這里,關鍵首先在于箱體件的精度要求和構件的清潔度。較小的刀具直徑和較深的加工孔深以及階梯狀的孔型同樣是一種挑戰。例如,噴油孔、氣門座和導管孔的加工。除了所述的鋁合金外,屬于關鍵材料的有高強度燒結材料、蠕墨鑄鐵、ADI鑄鐵、鈦鋁合金和高合金鋼。

    目前,首先對于機床和構件的清潔度有著進行改善的潛力。完全放棄零件清洗設備的長期目標,在目前,當然還無法實現。而在中期,一個適宜于清洗的構件和噴流效果最佳的清洗設備是一種明顯的改進。關于機床的清潔是力求減少清洗費用。目前,采用干冰對機床加工區進行定期的清理是必要的。在Mag IAS公司,對這個問題則是通過專門相應的機床設計來解決。在機床上減少了有可能積聚切屑的平面并在平面上覆蓋了合適的涂層。

    近年來,人們通過許多面向應用的研究項目來制訂一些可靠應用微量潤滑技術的基本準則。盡管進行了這些研究工作并成功實施了微量潤滑切削技術,然而為了進一步擴大微量潤滑技術的應用,仍需要從整體上進行優化。當前,在動力總成系統零件的加工領域,最重要的發展趨勢是:

    開發用于復合刀具的確定微量潤滑流量的測量設備

    噴流效果最佳的刀具冷卻通道

    帶有冷卻功能的微量潤滑液的輸送

    用于機床的智能清潔模式

    構件清洗設備的優化

    除了上述的趨向外,諸如開發用于微量潤滑技術的能實時調節加工過程中油量的測量技術,其進一步的發展趨向將持續下去。微量潤滑技術較差的冷卻效果,可以在輸送空氣時通過集成冷卻功能而得到顯著改善,因為采用微量潤滑技術加工的材料,還包括迄今由于其產生較高的切削溫度必須得采用冷卻潤滑的一些材料。其他的一些措施是有針對性的培訓職工。只有素質很高的職工才能保證成功應用微量潤滑技術,才能充分利用這一技術的優點。刀具、機床、微量潤滑設備和潤滑材料各生產廠家和用戶以及清洗系統和其他外圍設備的供應廠商之間的信息交流是不斷改善加工技術過程的重要組成部分,這種交流應進一步加強。工藝技術領導之間的定期會面和提供最新科技知識及實際經驗交流的平臺有利于加速尋找所存問題的解決方案并進一步推進開發工作的進展。

    達姆施塔特工業大學生產工程與機床研究所(PTW)除了提供對汽車動力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質進行面向應用的切削研究的成果外,還提供進行經濟和生態評估的完整的方法,以及成功實施微量潤滑切削技術的戰略。研究所特別關注的重點是實現微量潤滑技術與低溫介質(CO2,N2)的結合,以便將冷卻集成到微量潤滑系統中。不論在有競爭力的產業工作組里,還是在每兩年舉行一次的動力總成系統零件制造的討論會上,汽車行業的決策者們可以就最新的實用方法和科技知識進行交流。

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