适应于减重孔加工的刀具解析

带两个切削刃的Mapal 钻头在加工曲轴减重孔，保证了大批量生产条件下的工艺过程可靠性。

为了更好满足发动机体积越来越小、功率越来越高以及减少二氧化碳排放等要求，众多相关生产厂商纷纷尝试各种全新的技术方案。例如研发重量更轻、强度更高的新材料以减轻发动机的重量，从而达到减少油耗的目的；或者在发动机的曲轴上加工出一些减重孔等。

戴姆勒公司显然属于后者，为了真正实现对发动机的减重，其工艺、技术和刀具管理部门与生产加工部门密切合作，研究出全新的减重孔加工工艺。同时，也与刀具供应商一起合作，研发适合减重孔加工的理想刀具。

全新的加工工艺过程

在曲轴生产加工中，减重孔的加工是一个全新的附加工序。在设计曲轴减重孔的初期，戴姆勒公司用了许多刀具供应商的钻头进行试切削，Mapal公司的刀具方案最终胜出。

从试切到大批量生产，整个过程中，Mapal公司的技术服务人员始终陪伴在生产现场，完成了许多大大小小的前期准备和试验。由于大批量生产时没有多少时间用于刀具试切，Mapal公司提供的这种现场式服务支持，对戴姆勒公司来说，非常及时和有益。

四步完成减重孔加工

在加工过程中，曲轴减重孔的加工由四支特殊的双刃刀具完成。加工时采用的冷却方式是最小量冷却润滑。第一支是直径为19.2mm的整体硬质合金钻头，主要用于加工堵盖孔；第二支是直径为18mm的整体硬质合金钻头，用来加工曲轴第一主轴颈处的导向孔；第三支是直径为18mm的可换刀片钻头，用于完成第一主轴颈处的减重孔及第二主轴颈的通孔。

最后，其他轴径处的减重孔则用一支直径为18mm的TTD可换刀片深孔钻完成。这种专门设计的可换刀片钻头有着钢质固定刀夹和CFS刀柄，配备CFS型刀具夹持器，锥柄长度达119.2mm；其可换刀片的材料为硬质合金。

毛刺问题

在小批量的减重孔加工中，四步加工工艺能确保很好的加工效果。但当产品批量变大时，则会出现其他问题。其中，最困扰的就是毛刺问题。

需要四支钻头来完成曲轴减重孔的加工，图中所示是切入和切出时所采用的去毛刺的切削刃。

在加工了大约100个减重孔后，出现了毛刺，并且每多加工一个孔，毛刺就会增大一点。这就使得，第三、第四个步骤中使用的钻头，必须在加工100个孔后就更换刀片。因为毛刺会影响零件的表面质量，毛刺脱落后的机械碎屑甚至造成发动机的损毁。基于这样的原因，必须避免在零件中存有任何残留污垢和机械碎屑。

去除毛刺的解决方案

Mapal公司的负责人认真研究了毛刺问题，并且决定在不使用去毛刺刀具的情况下解决此问题。因为使用去毛刺刀具时会延长减重孔的加工时间，还要对减重孔的加工工艺进行重新设计。

“我们公司的技术部门反复研究出现毛刺的原因，设计出了一套完整的解决方案和全新的可换刀片钻头——一种有着去毛刺刀刃的可换刀片钻头。” Mapal公司技术服务部的项目负责人Tobias Moser先生说。

TTD 可换刀片钻头的 CFS 刀柄和夹持器。

去毛刺刀刃通过弹簧装置安装在CFS可换刀片固定夹处，在钻头向前钻削时，去毛刺刀刃切除了减重孔入口处的毛刺；在钻头退出时，去毛刺刀刃切除了减重孔出口处的毛刺。

假设深孔钻以每分钟200mm的切削速度进行切入，在切入到4mm时将切削速度降低到每分钟125mm。在整个切削过程中，去毛刺刀刃完成了孔口的倒角去毛刺，然后压缩弹簧，使去毛刺刀刃退回到刀杆内部。这样，就可以按照每分钟375mm的切削速度钻削整个减重孔了。

大批量生产

Mapal公司先是在内部的产品研发部门里进行了相应的减重孔钻削试验。“根据试验结果我们可以更好的工作，进一步的改进优化刀具。” Tobias Moser先生说。经过反复测试，取得了令人满意的切削效果和切削速度。

减重孔刀具项目负责人：（左）Tobias Moser 先生，Mapal公司技术服务部的项目负责人和Mapal公司研发工程师Gregor Obele先生。

之后，在戴姆勒公司的试切中，实际切削的效果也令人振奋。“借助去毛刺刀刃，也进一步的提高了钻头的刀具耐用度。” Tobias Moser先生说。第一、第二个步骤中所使用刀具的耐用度可达2000个孔的钻削，而去毛刺刀刃则在完成25000个孔的加工任务之后才需要更换。这将曲轴减重孔加工的工艺技术提高到了一个全新水平。

利用Tritan-Drill钻头缩短生产时间

尽管得到了非常可靠的、令人满意的减重孔加工工艺，但Mapal公司仍然保持了对刀具的持续改进。

改进优化的目标瞄准提高曲轴减重孔加工的经济性，“一开始，我们使用的是没有涂层材料的去毛刺刀刃。后来我们发现，带有PVD涂层的去毛刺刀刃有着更高的刀具耐用度。”Tobias Moser先生解释说道。

为了能够以更高的切削参数钻削减重孔并进一步的缩短生产时间，Mapal公司在当前生产系统中，选择了一台机床作为测试设备，对改进后的三刃Tritan-Drill型钻头进行测试。目前，已取得了可喜的进展，Tobias Moser先生表示：“如果一切都符合我们的期望，则有望能够在今年完成刀具的更新换代。”