刀具壽命提升探析

■ 上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司 （山東 266555） 孟慶鵬

我公司機加工缸體線B15機型，單模塊共有28臺CNC機床、188支各種類型刀具（鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀和銑刀）參與加工。受缸體加工材質硬（灰口鑄鐵）、加工內容多及加工參數(shù)設置不合理等因素的影響，部分刀具實際壽命低于理論刀壽，有些甚至不足原刀具壽命的50%。

過低的刀具壽命，嚴重增加了刀具成本，且增加了員工換刀及測量時間。為消除浪費，節(jié)省成本，增加效益。刀具團隊從“問題解決”、“刀具磨損”、“刀具涂層”和“新技術引入”四個方面入手，不斷提升刀具壽命。

1. 問題解決

建立換刀記錄表（見圖1），記錄每一把刀具的實際壽命，根據幾個月的數(shù)據統(tǒng)計出前10位不到壽刀具（見表1），并針對不到壽原因分別從加工參數(shù)、加工工藝等方面進行優(yōu)化提升刀具壽命（見圖2、表2）。通過一年的不斷驗證、跟蹤解決，相關問題均得到有效解決，刀具壽命得到很大提高，年節(jié)約效益累計約142萬元，節(jié)約換刀及測量時間累積69 014min。

2. 刀具磨損

刀具磨損后將影響切削力、切削溫度和加工質量，因此必須根據加工情況規(guī)定一個最大的允許磨損值，也就是刀具的磨鈍標準。磨鈍標準通常是指后刀面磨損帶中間部分平均磨損量允許達到的最大值，以VB表示。制定鈍損標準需考慮被加工對象的特點和加工條件的具體情況。我司發(fā)動機工廠已投產8年，刀具理論壽命為項目初期設定，當初為保證項目的順利推進，部分刀具的理論壽命設置偏低，造成很大的浪費。

圖 1

圖 2

表 1

表 2

針對該問題，刀具團隊首先從數(shù)據上入手，統(tǒng)計長期可做至理論刀壽的刀具清單，逐把刀具測量其磨損量，通過試驗單的形式（見圖3）根據實際磨損量（見圖4）逐步將理論壽命提高至合理數(shù)值。通過不斷驗證、跟蹤，累計提升了7把刀具的理論壽命，年節(jié)約效益累計23.65萬元，節(jié)約換刀及測量時間累積9 202min。

3. 涂層

現(xiàn)代刀具涂層技術是20世紀60年代末發(fā)展起來的技術，該技術采用了在刀具表面涂覆TiN、TiC、TiCN、Al2O3和TiAlN等硬質薄膜涂層，使其表面硬度高、潤滑性好、化學性能穩(wěn)定，因此，可以大幅度提高刀具使用壽命。

圖 3

圖4 刀具磨損狀態(tài)前后對比

2016年我司積極引進世界涂層行業(yè)領先的巴爾查斯Balinit Pertura涂層，該涂層具有優(yōu)化納米層，對納米基層結構優(yōu)化的配置達到了殘余應力、硬度和斷裂韌性之間的完美平衡，耐磨性明顯增加，并抑制裂紋的擴散。此外，更高的紅硬性顯著增強了對磨損的保護，因為它減少了粘附的敏感性，促進了排屑能力。

涂層技術的引入，大幅度提高了鉆頭壽命，經過1年的驗證，累計已推廣至6款刀具，壽命平均提升40%以上，年節(jié)約效益累計34.81萬元，節(jié)約換刀及測量時間累積18 832min。

4. 新技術

一直以來深孔的加工都是我司比較頭疼的問題，目前我司由T C B05005（理論刀具壽命400min）加工主油道孔，由TCB09014（理論刀具壽命900 min）加工回油孔。長期以來都存在斷刀及不到壽命問題，嚴重影響生產效率。2016年刀具團隊引入行業(yè)內球頭直槽鉆頭，更改刀具的幾何參數(shù)：前角由30°改為0°，主偏角由120°改為球形漸變角度，刀尖圓弧半徑由0改為4.8mm（見圖5）。

刀具幾何參數(shù)的變化，改變了刀具加工時的切削力及切削溫度，進而減小了刀具的磨損，提高刀具壽命，減少刀具斷刀。球頭直槽鉆的引入大幅度提升了刀具壽命，TCB05005壽命由400件提升至1 000件，TCB09014壽命由900件提升至2 000件。極大減少了停機換刀及測量時間，提高了生產效率。年節(jié)約效益累計21.84萬元，節(jié)約換刀及測量時間累積8 200min。

圖 5

5. 結語

汽車行業(yè)的競爭日趨白熱化，誰能提供“低成本、高價值”的產品，誰就能在“紅?！敝辛⒂诓粩≈亍?016年，我們通過以上四個方面的努力，累計完成刀具壽命提升工作25項（占刀具總數(shù)的27%），累計節(jié)約金額94.49萬元，節(jié)約換刀及測量時間105 248min。作為年產近60萬發(fā)動機的主機廠，每一次優(yōu)化，每一次壽命提升都將產生很大的經濟效益，后面需要我們繼續(xù)探索，持續(xù)不斷優(yōu)化，用最小的成本，制造最優(yōu)良的產品。

[1] 趙炳幀，商宏謨，辛節(jié)之.現(xiàn)代刀具設計與應用[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2014.