汽車輕質化的發展趨勢是一場立足現實,著眼長遠的新技術革命。在近期內,汽車重量是燃料經濟性方程的幾個關鍵變量之一。公司平均燃料經濟性(CAFE) 標準規定到2025年時客車的燃料經濟性為(平均)50英里每加侖以上。同時,要促使更多客戶選擇燃料經濟性更好的汽車。這些措施迫使OEM在考慮現在和今后車型的燃料經濟性時,必須充分考慮各種可能因素,于是汽車輕質化在該過程中發揮了重要作用。
在混合動力和電動車市場中,必須權衡輕質底盤與極端重型電池,這很關鍵,因為今后30年全球汽車生產量將翻番。ExxonMobil預期到2040年時全球個人汽車將從現在的8億多輛增長到16億輛以上。公司認為傳統混合動力是大贏家,因為“全混合動力汽車” 2040年將占全球汽車量的40%,占2040年新車銷量的50%以上。其中部分汽車需要采用重型蓄電池作動力,所以需要控制整車重量。
汽車制造中有多種減輕重量的途徑,但技術革新的重中之重是材料的使用。最近,行業已經出現了一個引爆點——去年推出全新Ford F-150鋁汽車,汽車主要原材料從較重的鋼材換成較輕的鋁材。客戶不再一貫認為鋁材是一種強度不大的“錫罐”材料,由于使用鋁材,汽車重量變得越來越輕。但是,汽車材料由鋼材換成鋁材后,以往一直使用鋼材的汽車零件制造廠遇到了很多難題。
“棄鋼從鋁”
與鋼的硬脆性相比,鋁材是一種“粘軟”可鍛造材料,這種材料可避免零件崩邊。但在使用硬質合金切削刀具時,鋁材容易出現積屑瘤(BUE) ,這既縮短了切削刀具壽命,又使零件制造廠面臨零件出現裂痕的缺陷和產生更多廢料的風險。為了彌補鋁材的這些不足,制造廠已經改變了切削方法,雖在工件上會形成很多小“咬邊”(低進給量),但加工的速度快(高切削速度)。這種工藝能確保切屑控制,避免出現積屑瘤問題。但是,當接近零件邊緣時,即使低進給量/高速切削也不能抵消“推動”效應,因為硬質合金會將鋁材擠離零件邊緣,進而產生毛邊。
如果是鋼制工件,高精密度的零件制造廠(例如氣缸蓋和發動機缸體制造廠)并不會過分擔心出現毛邊。但是,現在采用鋁制工件,為了避免毛邊問題,很多制造廠都開始使用專用刀具。為了解決鋁缸蓋及類似零件的加工難題,正在研發新的精加工成品刀具。
CoroMill5B90銑刀和鋁材
就精加工銑刀而言,其典型特征就是在相同直徑時刀片的獨特排布形式,尤其是在還要包含1~2片修光刃刀片時。山特維克可樂滿的CoroMill5B90銑刀是非常獨特、無與倫比的產品。每個刀片槽都被設定在刀具指定的位置上,每個位置之間都是徑向和軸向步進式設計。因為在刀體上的每個刀片槽都是按指定的進給率加工出來的,因而每把銑刀都是為某個專門的應用而定制的。第一片刀片位于最大直徑處,第二片位于比第一片稍小直徑處,按此規律,一直排到最后,通常最后的刀片作為修光刃。加工鋁材時,采用這種層切設計理念,可確保更好的表面質量,同時獲得遠高于普通銑刀的高進給率。
CoroMill5B90銑刀無需預設值就可進行刀片更換。通常來說,當操作員轉動或更換銑刀刀片時,需要預設值才能找到刀片的精確位置。如果刀片中有一個或兩個修光刃,修光刃必須預設值成略比標準刀片位置高,這就相當于需要更長的設置時間,來優化軸向跳動量。然而每個CoroMill5B90銑刀刀片都已按層切理念事先定位好,操作人員只需簡單更換新刀片就可繼續銑削,這無疑大大縮短了安裝時間,且進給率更快。
CoroMill5B90銑刀的另一大優勢是去毛邊能力。汽車制造廠以前一直擔心零件邊緣會出現毛刺或破裂。CoroMill5B90銑刀銑削鋁制汽缸蓋時,刀具銑削干凈利落,即使在其進給率高于普通銑刀進給率時,也不會將鋁材推擠出而產生毛邊。如果零件無毛邊,那么就省掉了接下來的工序。即使作為一種非標刀具,CoroMill5B90銑刀也能快速展示其ROI,每件零件的節省成本可高達30%。CoroMill5B90銑刀之所以能節省成本,是因為使用的刀片數量少,無需預設值,安裝時間縮短66%。如果使用修光刃刀片,CoroMill5B90銑刀可實現一次走刀同時完成粗加工和精加工,這樣在加工更加精密的鋁件(例如氣缸蓋)時,可省掉最終的整個精加工工序。
適應汽車業新變化
汽車產量在未來不到三十年的時間內有望翻番,所以人們最關心的是轎車設計的燃油經濟性。汽車輕質化是一種戰略,今后只能越來越普及,這意味著OEM及其一級和二級供應商需要采取更加切實可行的方法,才能加工鋁材或今后其他更輕的金屬。
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