S3刀具系统,CeramTec SPK应用于刹车盘加工的创新技术

通广传媒刀具俱乐部2019-06-12 06:32:18

  MMW《现代金属加工》:SPK在刹车盘加工领域经验丰富,作为德国大众公司刀具方面最重要的合作伙伴已经超过25年。因此,大众几乎所有刹车盘生产线上使用SPK刀具进行粗加工和精加工自然不足为奇。在德国大众Brunswik工厂30号车间使用SPK刀具系统在4条生产线上每天加工15,000个刹车盘。切削速度达到1,000m/min,为了减少刀杆上的压板因为不断的承受铁屑的冲击而造成的磨损,大众率先采用了SPK带有硬质合金压板和型面配合压紧的新S3刀具系统,压板的使用寿命从1个班提高到了150个班,相当于惊人的370,000个刹车盘,而且刀片的寿命也提高了20%!

大众Brunswick工厂30号车间使用CeramTec刀具系统每天加工15000件刹车盘   图片:NCFertigung

  SPK,来自德国的刀具品牌,隶属于拥有百年历史的德国高技术陶瓷制造商CeramTec公司,SPK以“高效加工”风靡国内外金属切削领域。从1957年开始,SPK便开始从事陶瓷刀具的生产,时至今日,SPK凭借半个世纪的积淀,始终引领全球陶瓷刀具技术前沿,被誉为在铸铁和硬钢高效加工领域的“生产效率专家”!
  SPK在刹车盘加工领域经验丰富,作为大众公司刀具方面最重要的合作伙伴已经超过25年。因此,大众几乎所有刹车盘生产线上使用SPK刀具进行粗加工和精加工自然不足为奇。在德国大众Brunswik工厂30号车间使用SPK刀具系统在4条生产线上每天加工15,000个刹车盘。切削速度达到1,000m/min,为了减少刀杆上的压板因为不断的承受铁屑的冲击而造成的磨损,大众率先采用了SPK带有硬质合金压板和型面配合压紧的新S3刀具系统,压板的使用寿命从1个班提高到了150个班,相当于惊人的370,000个刹车盘,而且刀片的寿命也提高了20%!
  大众Brunswik工厂是德国大众最老的工厂。该工厂的建造最初是为Fallersleben的主厂服务的,始建于1938年2月。它包括一个培训车间,作为当地优秀工程的样板,精选出的年青人被培训为专家。Brunswik工厂现在拥有8000名员工,生产轴、转向系统、塑料件和底盘零件,也包括成型工具、机床和电池系统。
  每天生产15,000个刹车盘
  30号车间建成于10年前,投资5000万欧元,主要生产底盘模块如车轮轴承和刹车盘等,大众集团的大部分轿车,包括新Golf7,后轴的刹车盘是整体设计的。在4条刹车盘生产线上,每天生产15,000个包括250mm至282mm等三种不同直径的刹车盘。毛坯铸件为灰铁200或灰铁250,在两条主要生产线上,完成刹车盘粗加工、精加工、测量、缺陷检查和最终镀铬防锈,大约45名员工3班工作以保证该部门的连续生产。
  S3–满足高要求的SPK刀具系统
  CeramTecSPK,来自德国Ebersbach的刀具专家,作为大众公司刀具方面最重要的合作伙伴已经超过25年。因此,大众所有刹车盘生产线上使用SPK刀具进行粗加工和精加工自然不足为奇。大众公司在刹车盘生产线上使用SPK紧凑的、全新研发的S3刀杆和压紧系统,基于多边形圆锥接口(CMS),多刀片组合刀具可装夹不同形式的刀片。虽然调质钢足够作为标准模型的材料,但大众大批量生产对于高耐热等级的要求意味着必须使用耐热钢。在高等级的热量传导(在使用极高切削参数或者使用CBN切削材料时)情况下,可选的耐热钢刀体材料可以防止刀片伸展或者嵌入刀片座。S3系统还配备了另一个热保护机构,刀垫是用高性能陶瓷制作的,这种材料也起到隔热作用,有效地使传到刀体的热量最小化。
  适当选择CBN或者陶瓷刀片
  精密制作的刀座在保证牢固夹持刀片的同时能够容纳整体刀垫实现热保护并防止刀片崩坏时损坏刀体。也允许在同样的刀杆上使用不同的切削材料,如陶瓷或者CBN,可以通过更换不同尺寸的刀垫来实现。

来自CeramTec 的Burkhardt Holzhausen,Johannes Schneider,Andreas Abe, 和来自大众 Brunswick 的Norbert Helwig 和Waldemar Josek(左起) 

大众德国Brunswik工厂在加工刹车盘时同时使用了SPK的赛阿龙陶瓷刀片和CBN刀片。新鲜铸件仍具有内应力而时效长的铸件具有较小的内应力,每种毛坯都会产生不同的切削力。一批比较硬而另一批比较软。大众根据不同批次的铸件对刀片的磨损状况,针对性地使用SPK的CBN或者陶瓷刀片进行加工,决定要素是哪一种方案性价比更好,这对于粗加工和精加工同样适用。
  采用凹槽和斜面安装
  刀片通常使用钢制压板安装到到刀座。根据铁屑排出的方向和磨损效果,例如大众Brunswick工厂使用1000m/min的高切削速度时,使用了硬质合金压板。压板采用10Nm至12Nm的扭矩压紧刀片,如果使用普通钢件制作,很快就会磨损并损失压紧力。为保证刀片和刀体之间的严密贴合,压板具有特殊的型面以保证和刀片上的凹槽紧密配合。同时,压板带有斜面可以把刀片拉向刀座上精确限定的位置。这样可以提高系统的稳定性并减少导致磨损的微振动。CeramTec战略营销经理JohannesSchneider先生解释说:“和ODC压紧技术(优化压紧力分配技术)相配合,S3系统设计能保证压紧力获得最优化分配从而使刀片可靠地压紧。三分之一的压紧力直接而强力地作用于刀片,达到紧密配合。这意味着刀片以最佳方式可靠的压紧。通过S3和IKS-PRO凹槽压紧技术的结合,在压板回拉过程中,凹槽设计提供了最佳的均匀的压紧力分配。”

根据毛坯质量,选择使用CBN或者陶瓷。S3系统的刀杆用耐热钢制作。

硬质合金压板能承受制造370000件刹车盘的铁屑冲击。而钢压板必须每个班更换一次。

刀座能使用不同厚度的刀片,意味着陶瓷和CBN刀片可用于同一个刀体。刀垫用高性能陶瓷制作起到隔热的作用。

硬质合金压板的特殊形状嵌入刀片上的凹槽并在锁紧时通过斜面把刀片拉向定位面。 

从1个班到150个班
  因为刀片被有效地夹持在固定位置,可根据刹车盘零件不同的形状要求采用“推”或“拉”的加工方式。从而获得更长的刀片寿命,以及更好的质量和工艺稳定性。该系统也允许使用集成的冷却液或MQL。此外,精密的侧面导向简化了压板的安装。整个系统为可靠的大批量生产工艺条件下的长寿命而设计。在最坏的情况下,以前的压板只能承受单班生产的铁屑磨损。现在,硬质合金压板只需150个班才更换一次,相当于370,000件刹车盘。需要重点指出的是,即使加工了如此大量的工件之后,压板仅有轻微的磨损而并没有达到使用寿命。如果压紧螺钉的内六角沉孔被铁屑破坏了,在需要松开压板更换刀体或刀片时,压紧螺钉也能从下面用另一端的内六角孔拆下。
  工件质量和工艺稳定性的提升十分显著
  刹车盘毛坯直径为250mm,制动面厚度约12.5mm。制动面是水平干切加工的。恒线速度1000m/min,粗加工和精加工是顶面和底面同时加工的,这样可以产生相对的、相互抵消的切削力。精加工后的制动面厚度为10mm公差+/-0.1mm。减小的切削力使得平均波峰波谷高度为3-11μm,而且径向跳动最小。客户的其他直径较大和较厚的刹车盘采用了同样的工艺,也获得了同样的有利的结果。

牢固的耐热材料刀杆、精密的压紧系统和隔热刀垫保证了刹车盘可靠的大批量生产,并且刀具寿命提高了20%

结语
  大众德国Brunswik工厂刹车盘安装面直径、帽顶的内孔和外圆粗加工和精加工采用SPK最新的S3刀杆系统及创新压紧技术。更小的切削力和更高的抗铁屑耐磨性对刀具的刚性和稳定性带来极大的好处。大众负责工艺和刀具优化的NorbertHelwig先生肯定的说:“得益于SPK创新型S3刀具系统,刀片寿命提高了10%~20%,而我们并没有改变刀片材质和切削参数。当然,更长的刀具寿命和更少的换刀次数也意味着10%~20%的停机时间的节省,而且工件质量和工艺稳定性的提升十分显著!”(Translationandreprintfrom“NC-Fertigung,specialtools,February2013,page102-105”)