刀具寿命提升探析

■ 上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司 （山东 266555） 孟庆鹏

我公司机加工缸体线B15机型，单模块共有28台CNC机床、188支各种类型刀具（钻头、丝锥、铰刀、镗刀和铣刀）参与加工。受缸体加工材质硬（灰口铸铁）、加工内容多及加工参数设置不合理等因素的影响，部分刀具实际寿命低于理论刀寿，有些甚至不足原刀具寿命的50%。

过低的刀具寿命，严重增加了刀具成本，且增加了员工换刀及测量时间。为消除浪费，节省成本，增加效益。刀具团队从“问题解决”、“刀具磨损”、“刀具涂层”和“新技术引入”四个方面入手，不断提升刀具寿命。

1. 问题解决

建立换刀记录表（见图1），记录每一把刀具的实际寿命，根据几个月的数据统计出前10位不到寿刀具（见表1），并针对不到寿原因分别从加工参数、加工工艺等方面进行优化提升刀具寿命（见图2、表2）。通过一年的不断验证、跟踪解决，相关问题均得到有效解决，刀具寿命得到很大提高，年节约效益累计约142万元，节约换刀及测量时间累积69 014min。

2. 刀具磨损

刀具磨损后将影响切削力、切削温度和加工质量，因此必须根据加工情况规定一个最大的允许磨损值，也就是刀具的磨钝标准。磨钝标准通常是指后刀面磨损带中间部分平均磨损量允许达到的最大值，以VB表示。制定钝损标准需考虑被加工对象的特点和加工条件的具体情况。我司发动机工厂已投产8年，刀具理论寿命为项目初期设定，当初为保证项目的顺利推进，部分刀具的理论寿命设置偏低，造成很大的浪费。

图 1

图 2

表 1

表 2

针对该问题，刀具团队首先从数据上入手，统计长期可做至理论刀寿的刀具清单，逐把刀具测量其磨损量，通过试验单的形式（见图3）根据实际磨损量（见图4）逐步将理论寿命提高至合理数值。通过不断验证、跟踪，累计提升了7把刀具的理论寿命，年节约效益累计23.65万元，节约换刀及测量时间累积9 202min。

3. 涂层

现代刀具涂层技术是20世纪60年代末发展起来的技术，该技术采用了在刀具表面涂覆TiN、TiC、TiCN、Al2O3和TiAlN等硬质薄膜涂层，使其表面硬度高、润滑性好、化学性能稳定，因此，可以大幅度提高刀具使用寿命。

图 3

图4 刀具磨损状态前后对比

2016年我司积极引进世界涂层行业领先的巴尔查斯Balinit Pertura涂层，该涂层具有优化纳米层，对纳米基层结构优化的配置达到了残余应力、硬度和断裂韧性之间的完美平衡，耐磨性明显增加，并抑制裂纹的扩散。此外，更高的红硬性显著增强了对磨损的保护，因为它减少了粘附的敏感性，促进了排屑能力。

涂层技术的引入，大幅度提高了钻头寿命，经过1年的验证，累计已推广至6款刀具，寿命平均提升40%以上，年节约效益累计34.81万元，节约换刀及测量时间累积18 832min。

4. 新技术

一直以来深孔的加工都是我司比较头疼的问题，目前我司由T C B05005（理论刀具寿命400min）加工主油道孔，由TCB09014（理论刀具寿命900 min）加工回油孔。长期以来都存在断刀及不到寿命问题，严重影响生产效率。2016年刀具团队引入行业内球头直槽钻头，更改刀具的几何参数：前角由30°改为0°，主偏角由120°改为球形渐变角度，刀尖圆弧半径由0改为4.8mm（见图5）。

刀具几何参数的变化，改变了刀具加工时的切削力及切削温度，进而减小了刀具的磨损，提高刀具寿命，减少刀具断刀。球头直槽钻的引入大幅度提升了刀具寿命，TCB05005寿命由400件提升至1 000件，TCB09014寿命由900件提升至2 000件。极大减少了停机换刀及测量时间，提高了生产效率。年节约效益累计21.84万元，节约换刀及测量时间累积8 200min。

图 5

5. 结语

汽车行业的竞争日趋白热化，谁能提供“低成本、高价值”的产品，谁就能在“红海”中立于不败之地。2016年，我们通过以上四个方面的努力，累计完成刀具寿命提升工作25项（占刀具总数的27%），累计节约金额94.49万元，节约换刀及测量时间105 248min。作为年产近60万发动机的主机厂，每一次优化，每一次寿命提升都将产生很大的经济效益，后面需要我们继续探索，持续不断优化，用最小的成本，制造最优良的产品。

[1] 赵炳帧，商宏谟，辛节之.现代刀具设计与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2014.