前言
諸多不斷變化的因素，如油價的起伏、日益嚴苛的環境保護法規和技術往更高效的方向發展，都在持續推進改變全球汽車市場。以上因素還加劇了汽車製造商和OEM製造商之間的競爭，並決定了當今汽車行業的製造趨勢。
當今的發動機正變得更輕更小、更經濟、更環保，也更精巧、更悄靜；較之上一代機組，輸出功率和扭矩提高了25-30%。如今，越來越普及的渦輪增壓器在 ICE 內燃機優化中起著關鍵作用。渦輪增壓器利用發動機以往未充分利用的廢氣來推動渦輪旋轉，以激活空氣壓縮機。當推進到發動機的燃燒室時，由此產生的空氣/燃油混合物可顯著提高發動機的性能，並大大提高其能效。使用渦輪增壓器也會帶來不利的後果，應用於柴油發動機時產生的熱量會使渦輪殼體溫度升高至900°C，應用於汽油發動機時渦輪殼體溫度甚至高達1100°C。確保這些零部件在如此高溫下能夠高效工作至關重要，因此渦輪殼體採用奧氏體耐熱鑄鋼製造，具有相對高的蠕變強度、良好的熱穩定性和出色的可鑄性。
如果渦輪殼體易於加工，這種材料解決方案將是完美的，但許多渦輪增壓器製造商在使用標準刀具加工渦輪殼體時都遇到了困難。通常標準硬質合金刀片在報廢前僅能加工少許幾個此類零件。在許多案例中，這些刀具的損壞可能會導致停機和其它昂貴設備的損壞。作為全球汽車行業的領軍供應商，伊斯卡汽車行業部門受邀對解決上述問題給予支持。歸根結底有兩個主要的問題亟待解決：延長刀具的刃口壽命；設計特製刀具以縮減這些複雜零件的加工時間，因全球有數以百萬計的渦輪增壓器年產量。
更長的刀具壽命可以最小化停機時間，使加工過程更為高效。因此，伊斯卡的研發部門開發了幾款先進的全新硬質合金刀片牌號，這些牌號不僅能以非常高的切削速度運轉，而且比其他品牌的牌號耐用得多。伊斯卡將新牌號與創新的切削刃幾何形狀，以及技術創新的塗層後處理技術完美整合，使得刀具切削刃的使用壽命更長，加工時間大大縮短。MS32是伊斯卡的全新牌號之一，主要用於粗銑和精銑加工。該硬質合金基體在耐磨性和韌性之間取得了良好的平衡，再結合技術前沿的CVD塗層，令得MS32牌號耐磨性更上一個等級。這一先進的新牌號已被證實可應用於乾式切削、溼式切削、甚至是微量潤滑切削MQL加工環境中。舉例說明：伊斯卡直徑Ø100mm的面銑刀SOF45 8/16-D100-10-32R，裝夾10片標準刀片S845 SNHU 1305…MS32，能以切削速度Vc = 150 m / min和每轉進給f = 3 mm/rev輕鬆完成對餘量為6mm的奧氏體耐熱鑄鋼的加工任務，每更新一次切削刃可加工25-30個零件；而競爭對手的每刀片切削刃僅可完成12個零件的加工。
圖1
通過採用單個刀具、組合刀具和多功能刀具，減免一些標準工步，可以進一步縮減加工時間。例如，圖1展示的刀具在一次軸向裝夾移動中即可執行5種不同的操作：粗鏜、倒圓角、精鏜、鍃孔、倒角。假定採用圖示刀具，平均每個工步可縮減5秒的加工時間，則每一加工周期可有效縮減20秒。基於上述原因，因減少換刀操作還帶來意外的節省；假設每次換刀大約需要5秒，那麼加工周期能再縮減20秒。綜上所述，通過使用這些高效刀具，伊斯卡能幫助將該加工周期縮減40秒，有助於直接提升客戶的盈利能力。該保守數據尚未考慮其他有利因素，如節能、對刀時間、機器和設備折舊費用等。
氣缸體
大約10-15年前，最常用的鑄鐵缸體基本上被雙金屬缸體（嵌入鑄鐵襯套的鋁缸體）取代。如今，越來越多的汽車製造商又用熱噴塗工藝或CBC缸孔塗裝方法取代了雙缸工藝，即一種特殊的可直接應用於鋁質氣缸壁的塗層。有幾種不同的熱噴塗方法：等離子電弧噴塗PTWA、大氣等離子噴塗APS、電弧噴塗TWA等。採納這些塗層能為發動機及汽車性能帶來很多好處，列舉其中最重要的兩個如下：重量——無需沉重的鑄鐵襯套，發動機就輕了很多；潤滑——受塗層的微觀結構影響使得氣缸和活塞之間的摩擦更小。
CBC缸孔塗裝的一個主要製造問題是硬度相對較高，塗層厚度相對不均勻。因此，通過汽缸珩磨工步來獲取最終尺寸將會是一個耗時長且複雜的過程。伊斯卡工程師的目標就是最小化珩磨加工周期。他們首先用高效鏜孔工藝取代了幾個耗時的粗磨加工。該刀具裝備了4-6片伊斯卡PCBN刀片，均可獨立調節至精準直徑。採用PCBN刀片能以非常高的切削參數進行加工。例如，以Vc = 400 - 700 m / min的切削速度和f = 1 - 1.2 mm/rev的每轉進給加工直徑100mm的氣缸孔。在某些案例中，當排屑有問題，可採用前刀面設計有斷屑槽的PCBN刀片。鏜孔完成後，切削刃向刀具軸心線方向移動，以避免退刀時劃傷氣缸表面。
圖2
有兩種常見的機構（取決於機器）：一種是線性驅動拉杆，它只有2種狀態（「ON」用於鏜孔加工時；「OFF」用於退刀時）。另一種是完全由數字控制驅動的旋轉杆，可以實時改變刀具直徑；例如，用於圓錐形、圓桶形或其他異形孔的內孔開槽或用於對由磨損刀片加工的內徑進行校正或補償。
這些操作成功的一個關鍵要素是，選擇與被加工材料匹配的PCBN牌號。所挑選的牌號必須在硬度和韌性之間取得與加工相適配的正確平衡。雖然不建議在PCBN刀片的使用過程中施加冷卻，但一些汽車製造商仍堅持使用溼式加工工藝。在這種情況下，必須考慮加工環境（乳化液或油性冷卻劑、微量潤滑冷卻MQL、乾式加工等）。切削刃的刃口處理（負倒稜、倒圓角、鋒利切削刃或鈍化切削刃等）取決於被加工材料、切削參數和切削深度。
閥門
氣體交換閥，特別是排氣閥，總是處於集中熱負荷下。如前所述，廢氣溫度高達900℃以上，這對閥門材料是一個很大的挑戰，會導致其過度磨損和過早疲勞失效。一些領先的公司已經開發了新的技術來解決上述問題。其中一種解決方案是採用槍鑽從閥門頂部鑽孔，並用鈉填充該鑽腔。在發動機運行過程中，鈉吸收產生的熱量並融化。震動效應迫使這種鈉溶液沿閥杆內孔上下移動，將熱量從閥頭散發到閥杆促使其冷卻。這樣閥頭就可以保持較低的溫度，延長使用壽命，降低閥門燃燒、提前點火和爆燃的風險。
伊斯卡的整體硬質合金槍鑽加工孔具有優異的表面光潔度，這對於加工空心閥門的應用至關重要。整體硬質合金槍鑽加工孔徑範圍：Ø0.9 -Ø16 mm。加工優勢：鑽孔精度可達IT7；具有極佳的直線度和同心度；保持孔的高精度及同心度；可輕鬆實現Ra 0.4 - 1.6µm的表面粗糙度；通常無需返工（省卻了鏜孔工序）。
圖3
在進行這些加工操作時，為了能夠輕鬆地使鈉滑入閥杆內孔中，需使得內孔壁儘可能地光滑。對於這種特殊的應用，伊斯卡建議使用整體硬質合金槍鑽，驅動柄可以是鋼質或硬質合金材質。這些鑽頭是為常規工具機、加工中心、車床和專用槍鑽機設計的。伊斯卡提供直徑值起始於0.9mm的槍鑽，槍鑽具有卓越的剛性，需同時提供冷卻液並優化冷卻流量。與焊接式槍鑽相比，採用這些整體硬質合金槍鑽無論是進給還是切削速度都能提高100%。
伊斯卡專業提供各式幾何形狀的槍鑽，這些形狀針對不同的鑽削速率、加工孔精度和表面光潔度而設計的。鑽頭的形狀及其輪廓必須與工件材料相適配。事實上，這正是伊斯卡的專家們在這一特定案例中所做的。然而，甄選出正確的槍鑽幾何形狀只是邁向成功的重要一步。適當的切削刃處理（前刀面拋光和切削刃鈍化至恰當的尺寸）可以進一步改善表面光潔度；並有助於提高槍鑽的性能，延長槍鑽的使用壽命。此外，槍鑽刀體也經過拋光處理，變得非常光滑，使得切屑可以輕鬆從閥杆內排出。伊斯卡最新推出的基於IC08超細晶粒硬質合金基體採用AlTiN（PVD）納米塗層的槍鑽可以實現最佳的空心閥門鑽削效果。
凸輪軸
與傳統的用鑄造或鍛造棒料加工的方法相比，用模塊組裝凸輪軸是一個相對較新的概念，可以使凸輪軸變得更輕（減重可達45%），且成本也低得多。該系統採用熱膨脹作為工藝原理，一些OEM製造商將預熱的單個凸輪固定在預冷的精密鋼管上。其他製造商會將單個凸輪固定在鋼管上，然後通過使用熱空氣壓力，在與凸輪接合的地方擴張鋼管直徑。這兩種方法都可以使每個凸輪的凸角精確地按照凸輪軸的幾何形狀排列。
單個凸輪要麼是由金屬粉末壓制後燒結而成，要麼是由淬火鋼製成。由於每年需生產的這類凸輪數以百萬計，製造商們急於將加工周期縮至最短。而OEM製造商需要保持靈活性，對快速更迭的市場即時做出反應，並儘可能地少花錢，所以他們更願意投資特製刀具，而不是購置新的工具機。
為了縮短加工周期，伊斯卡開發了一個技術創新的概念，即一款能夠完成整個凸輪加工的創新刀片。這款不同凡響的刀片可完成端面車削、內孔粗車削、內孔精車削和倒角加工。這把極其耐用的立裝夾緊刀片可以在儘可能高的切削參數下輕鬆應對上述所有4種操作，包括加工凸輪凸角的輪廓，且僅需幾秒就能完成整個凸輪加工周期。
針對鍛造凸輪軸的深孔鑽削加工，伊斯卡提出了一種不同的方法，即使用夾持可換硬質合金刀片的深孔鑽。這一新想法給OEM製造商們帶來諸多好處。與使用傳統槍鑽相比，採用新型槍鑽使這一加工工藝更具經濟可行性：一是標準刀片的庫存總是充足的；一是刀片帶有3個切削刃，無需重新修磨。刀片前刀面帶有大正前角壓制斷屑槽，後刀面帶有三個分屑臺的鋸齒形切削刃，能將切屑切分為多個短小切屑，從而降低加工扭矩，也即能實現更大的進給，並提高了排屑的流暢性。此外，在切削刃的末端，也即是加工孔壁處還設計有短修光刃，用以實現出色的的孔加工表面質量。採用伊斯卡的TRIDEEP系列深孔鑽（型號為GD- DH…）可獲取高達IT10公差等級精度的孔徑，鑽頭直徑範圍為16-28 mm。標準TOGT刀片帶有三個鋸齒形切削刃，加工中生成易於排出的窄短切屑，切削輕快。
圖4
推薦將這些經濟且高效的刀具應用於凸輪軸的深孔鑽削加工，該深孔鑽也適用於車床和槍鑽專機。GD-DH深孔鑽頭的鑽深比通常設定為10、15和25。伊斯卡也可為客戶定製長達2400mm的TRI-DEEP系列鑽頭。
活塞
與傳統的鋁活塞相比，更短和薄壁（有時需採用摩擦焊）的鋼質活塞更輕，比鋁質活塞承受的負荷更高。丁槽活塞的幾何形狀變得更加複雜，需要具有創新的工程思路來加工可達性差的加工面。加工刀具如圖5。圖5上方刀具：一款一次性加工四個活塞環槽的專用刀具；
圖5下方刀具：採用伊斯卡高精度且易於更換的GRIP刀片的仿形刀具來加工位於活塞頂部的可達性差且形狀複雜的燃燒室。
圖5
伊斯卡在加工鋼質活塞方面的目標：
（1）減少加工所需刀具的數量，以壓縮費用高昂的加工周期耗時。由於加工區域可達性差，就需要刀具設計具有高水準的創造力。刀具必須足夠窄以順利切入活塞且不發生幹涉、碰撞，同時也必須足夠強固以承受高切削力。伊斯卡的GRIP系列產品兼具所需的剛性和通用性。易於操作的刀片夾緊系統沒有多餘的部件，可以強力夾持刀片，即使改變切削方向也不會從刀具定位槽中脫落。也就是說採用該刀具可用於端面切槽、左手車削、右手車削及輪廓加工，加工過程無震動，並可獲取光潔閃亮的表面。
（2）此外，為了能有效從複雜的腔體中排出切屑，伊斯卡還為GRIP刀片提供各式分屑槽，以將切屑劈裂為小段快速排出。
（3）增延刀片切削刃壽命。刀具壽命短意味著工具機停機次數多，也意味著加工效率低。事實上，伊斯卡Jet HP概念的系列刀具已歷經實踐檢驗，能使得高壓冷卻射流直達切削區域，極大地提高了每一切削刃的使用壽命。此外，採納該加工方式還能改善斷屑進程。
結語
汽車製造商推出新平臺和新車型的時刻表每年都在收緊，因此OEM製造商不斷向第2、3級供應商施壓，要求縮短交貨期。伊斯卡的大多數汽車項目是由其總部設計的，然而公司的物流協調特別重視客戶所訴求的交貨時間。雖然伊斯卡的生產工廠遍布世界各地，但在許多案例中，伊斯卡會挑選離客戶最近的工廠以便在儘可能短的時間內生產製造交付出非標訂製刀具。除了時間和物流因素，該措施還能帶來諸多經濟優勢，如更少的稅收、更低的運輸成本等等。
對生產環境進行更潔淨的限控在今天的市場中扮演著重要的角色。伊斯卡為當今和未來建設一個更美好的世界做出貢獻，包括提供有效的硬質合金回收計劃、更耐用的刀具、能耗更低的產品以及提供與微量潤滑MQL兼容的刀具。伊斯卡經驗豐富的技術專家可以為世界各地的客戶提供卓越的支持和服務。我們的專業團隊護持客戶的生產全程，直到項目全面收官並驗收。
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