針對汽車關(guān)鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發(fā)先進(jìn)的復(fù)合刀具或?qū)Ｓ玫牡毒呓Y(jié)構(gòu)為重點，通過應(yīng)用反求工程技術(shù)進(jìn)行消化吸收和創(chuàng)新，參數(shù)化解析以及高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)安全性進(jìn)行刀具優(yōu)化幾何設(shè)計；對引進(jìn)的汽車零部件用復(fù)雜刀具和特殊刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、幾何形狀優(yōu)化、熱處理工藝創(chuàng)新。

研究乘用車及重型卡車用發(fā)動機、變速箱、傳動系齒輪用高精度滾、剃、插齒輪刀具以及弧齒錐齒輪刀具的設(shè)計原理，開發(fā)相關(guān)加工技術(shù)和裝備；研發(fā)發(fā)動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復(fù)合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車?yán)?、車銑刀、曲軸高速內(nèi)/外銑刀、鏜銑刀等一批高精度、高效率、高可靠性、專用化的“三高一專”的高速高效復(fù)合切削刀具。

汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具的開發(fā)過程中的幾項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點研究，分別是刀具設(shè)計技術(shù)、刀具成形技術(shù)、刀具涂層技術(shù)和刀具應(yīng)用技術(shù)。

刀具設(shè)計技術(shù)：目前國內(nèi)刀具設(shè)計主要依賴于經(jīng)驗并面向傳統(tǒng)。

切削加工領(lǐng)域，無刀具安全性可言。本項目是基于反求工程、刀具參數(shù)化解析以及高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)安全性進(jìn)行精密復(fù)合整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具設(shè)計，滿足高速高效切削性能要求；反求工程技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)中不可缺少的重要方法，應(yīng)用激光快速掃描系統(tǒng)，獲得關(guān)于樣品實體特征的離散點數(shù)據(jù)，再通過空間重構(gòu)技術(shù)求得樣品的三維仿真模型，從而達(dá)到快速優(yōu)化設(shè)計的目的。精密復(fù)合整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計精度高，應(yīng)用反求工程技術(shù)可以大大縮短刀具的設(shè)計周期，滿足設(shè)計要求。汽車零部件制造中高速高效切削工藝應(yīng)用普及，因而在精密復(fù)合整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具設(shè)計中，必須對高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)的靜力學(xué)模型和動力學(xué)模型進(jìn)行分析，對高速高精度刀具系統(tǒng)的動平衡性能以及刀體和夾緊機構(gòu)的失效機理進(jìn)行研究，利用先進(jìn)的反求工程軟件、硬件技術(shù)平臺和動平衡試驗系統(tǒng)，開展刀具設(shè)計研究工作。

目前國內(nèi)對于PCD、PCBN刀具刃磨主要是應(yīng)用機械方法實現(xiàn)直線修磨。

研究是基于五軸數(shù)控輪電蝕和線電蝕原理的PCD、PCBN刀具精密刃磨成形技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜曲線刃的精密高效成形。

數(shù)控多軸電蝕磨技術(shù)是一種先進(jìn)的復(fù)合磨削技術(shù)，是解決超硬材料（HV3500－7000）如聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具精密成形磨削的關(guān)鍵技術(shù)。它運用電蝕輪（或鉬絲）與工件間電火花加工的原理，利用數(shù)控五軸聯(lián)動實現(xiàn)對刀具主切削刃的成形電蝕磨削加工。與傳統(tǒng)的金剛石砂輪磨削加工相比，生產(chǎn)效率大幅度提高。通過CAM數(shù)控軟件的開發(fā)，可以加工各類復(fù)雜的曲線刃形、階梯刃形的聚晶金剛石鏜銑刀具，形成具有光滑連接、各點后角一致的主切削刃精確形狀。尤其是采用線電蝕磨削，使過去無法加工的復(fù)雜形狀刀具的主切削刃磨削問題以及內(nèi)刃修磨問題得到圓滿解決。

刀具涂層技術(shù)：單層涂層材料結(jié)構(gòu)簡單，無法滿足刀具對涂層的綜合性能要求。研究基于梯度功能的富鋁多層復(fù)合硬涂層技術(shù)，使涂層材料具有優(yōu)良的綜合性能，達(dá)到國外先進(jìn)水平，滿足刀具在高速高效切削條件下的使用要求。在高效復(fù)合涂層刀具的設(shè)計中，涂層材料的成分種類、涂層厚度和涂層結(jié)構(gòu)優(yōu)化是獲得具有梯度功能復(fù)合涂層的保證。在涂層制備過程中，刀具基體表面預(yù)處理技術(shù)和涂層工藝過程控制技術(shù)是關(guān)鍵。本項目采用機械處理、濕法清洗、粒子刻蝕等綜合處理工藝技術(shù)，得到適合涂層的理想表面，最大程度提高涂層的結(jié)合力。在富鋁涂層的制備過程中，采用多層結(jié)構(gòu)和成分漸變的層構(gòu)設(shè)計工藝，通過控制每層的厚度和成分，達(dá)到最佳的力學(xué)性能。一方面，通過控制層厚，抑制晶粒的生長，獲得納米涂層。同時，多層結(jié)構(gòu)有利于吸收涂層生長過程中產(chǎn)生的微裂紋現(xiàn)象，從而消除裂紋，獲得連續(xù)性涂層。另一方面，通過控制成分變化，采取成分漸變的處理工藝，有利于消除涂層過程中的應(yīng)力，同時，漸變的層構(gòu)設(shè)計有利于提高涂層結(jié)合力。在涂層成分控制方面，調(diào)整Al：Ti的原子比，增加Al的含量，形成富鋁涂層，抑制切削過程中因溫度升高形成TiO2，有效提高涂層的高溫力學(xué)性能。通過提高涂層的表面硬度和抗氧化溫度，有效提高刀具的耐磨性，延長刀具的使用壽命，使涂層刀具適合高速切削和干式切削，克服傳統(tǒng)涂層因加工過程中溫度升高而失去其力學(xué)性能的缺點。

刀具應(yīng)用技術(shù)：所謂適用的切削數(shù)據(jù)庫其內(nèi)涵是，針對具體工件材料、加工精度、表面質(zhì)量和加工效率等要求，選用適用的刀具并推薦優(yōu)化的切削參數(shù)，解決好刀具與工件材料的適配性問題。高速高效切削特征和本質(zhì)與普通切削加工相比有顯著差別，因而沿用已有的普通切削數(shù)據(jù)庫顯然是不合適的。目前國內(nèi)合理、適用的切削數(shù)據(jù)還十分缺乏，這在很大程度上限制了高速高效切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用，制約了高速高效切削刀具國產(chǎn)化進(jìn)程。我國汽車制造企業(yè)在從工業(yè)發(fā)達(dá)國家大量購進(jìn)先進(jìn)的高速數(shù)控加工中心時，卻由于技術(shù)封鎖而無法引進(jìn)高速切削數(shù)據(jù)庫等工藝技術(shù)，嚴(yán)重影響先進(jìn)加工中心的正常應(yīng)用，造成固有資產(chǎn)的潛在浪費。對于汽車制造部門，如何選擇刀具，如何用好刀具，充分發(fā)揮加工設(shè)備能力，充分體現(xiàn)高性能刀具的良好性價比，實現(xiàn)高效低成本加工，一直是汽車零部件生產(chǎn)線上主旋律。而對于刀具制造企業(yè)，新開發(fā)的刀具在進(jìn)入市場之前需要進(jìn)行切削性能評估，切削性能試驗對刀具的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化切削用量的獲取最有效。

高速切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最核心技術(shù)是基于切削力模型、切削溫度模型、刀具磨損模型和工件加工表面質(zhì)量模型的智能預(yù)測技術(shù)。高速切削數(shù)據(jù)來源有三方面：文獻(xiàn)資料、生產(chǎn)實際、切削試驗。

在目前我國高速切削數(shù)據(jù)還很缺乏的前提下，尤其是針對難加工材料的高速切削數(shù)據(jù)更加缺乏的形勢，開展基于難加工材料高速切削過程物理模型的切削參數(shù)優(yōu)化預(yù)測技術(shù)的研究顯得更加緊迫和重要。

技術(shù)創(chuàng)新點、突破點汽車關(guān)鍵零部件一般是以鋼材、鑄鐵和鋁合金等材料為主，但其加工大多是在專用數(shù)控機床上進(jìn)行，切削工藝比較特殊，而且需要高速高效的生產(chǎn)節(jié)拍。

刀具成形技術(shù)：該技術(shù)內(nèi)容分為兩大部分，分別是復(fù)雜空間線刃成形的多軸聯(lián)動數(shù)控磨削技術(shù)和超硬材料電蝕磨削技術(shù)。

基于主切削刃空間成形原理的多軸聯(lián)動數(shù)控全磨制式刀具成形技術(shù)；全磨制式精密復(fù)合整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具的主切削刃空間成形是通過先進(jìn)的數(shù)控工具磨床多軸聯(lián)動來實現(xiàn)，有關(guān)砂輪空間截型的運動軌跡精確描述是獲得精確主切削刃的關(guān)鍵技術(shù)，通過CAD/CAM三維仿真切削軟件的運用，進(jìn)行階梯面、曲面以及砂輪空間截型等各種復(fù)雜型面的三維仿真研究。通過CAM前瞻功能，對加工系統(tǒng)的干涉問題進(jìn)行研究，獲得優(yōu)化的磨削工藝，確保實際磨削加工過程系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，通過二次開發(fā)，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)于精密復(fù)合整體硬質(zhì)合金數(shù)控刀具成形制造技術(shù)。

針對汽車關(guān)鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發(fā)先進(jìn)的復(fù)合刀具或?qū)Ｓ玫牡毒呓Y(jié)構(gòu)為重點，通過應(yīng)用反求工程技術(shù)進(jìn)行消化吸收和創(chuàng)新，參數(shù)化解析以及高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)安全性進(jìn)行刀具優(yōu)化幾何設(shè)計；對引進(jìn)的汽車零部件用復(fù)雜刀具和特殊刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、幾何形狀優(yōu)化、熱處理工藝創(chuàng)新，形成自主開發(fā)和創(chuàng)新能力。

研究乘用車及重型卡車用發(fā)動機、變速箱、傳動系齒輪用高精度滾、剃、插齒輪刀具以及弧齒錐齒輪刀具的設(shè)計原理，開發(fā)相關(guān)加工技術(shù)和裝備；研發(fā)發(fā)動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復(fù)合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車?yán)?、車銑刀、曲軸高速內(nèi)/外銑刀、鏜銑刀等一批高精度、高效率、高可靠性、專用化的“三高一?！钡母咚俑咝?fù)合切削刀具。

圍繞汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具的開發(fā)項目中有關(guān)刀具設(shè)計、刀具制備、刀具切削性能評價、切削過程切削力-切削溫度耦合作用機理、刀具切削數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵共性技術(shù)，開展金屬切削加工基礎(chǔ)理論研究和試驗技術(shù)研究。針對汽車關(guān)鍵零部件高性能切削加工要求，開展高性能刀具設(shè)計制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)研究，分別是高速高效切削刀具的設(shè)計技術(shù)、成形技術(shù)、先進(jìn)涂層技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)，并以此為理論基礎(chǔ)為相關(guān)工具骨干企業(yè)開發(fā)配套的高速高效切削刀具產(chǎn)品系列提供理論指導(dǎo)。

創(chuàng)新點：

基于高速高效刀具與工件材料切削性能適配性模型，建立通用型切削數(shù)據(jù)庫；基于難加工材料高速切削力－熱耦合物理模型，研究切削參數(shù)優(yōu)化預(yù)測技術(shù)，建立面向汽車制造領(lǐng)域的專用切削數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有智能推理、判斷及決策的專家系統(tǒng)，滿足高端產(chǎn)品切削加工要求。

基于切削過程動態(tài)特征參量和加工表面質(zhì)量指標(biāo)檢測技術(shù)，構(gòu)建刀具切削性能評價體系，為工具企業(yè)、材料企業(yè)、刀具應(yīng)用企業(yè)提供技術(shù)支持，為刀具標(biāo)準(zhǔn)化研究提供試驗平臺；研究應(yīng)用反求工程進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；研究應(yīng)用多軸聯(lián)動數(shù)控和電蝕磨削技術(shù)完成空間曲線刃的成形技術(shù)；研究開發(fā)富鋁多層復(fù)合硬涂層刀具技術(shù)。

進(jìn)行各類汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化創(chuàng)新，開發(fā)計算機模擬（模擬切削或仿真切削）軟件；改進(jìn)熱處理計算機控溫系統(tǒng)使控溫精度達(dá)到±3℃；解決高性能刀具材料的鍛造技術(shù)、熱處理技術(shù)和磨削技術(shù)，提高難加工材料的加工效率和工序質(zhì)量穩(wěn)定性；研究各類切齒刀具及其在不同切削環(huán)境下的涂層材料的應(yīng)用問題，適應(yīng)高速、高效切削發(fā)展要求。

主要技術(shù)指標(biāo)（如形成的知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新裝置、論文專著等數(shù)量、指標(biāo)及其水平，與國內(nèi)外同類技術(shù)或產(chǎn)品的競爭分析，滿足項目所依托的重大工程建設(shè)或重大裝備研制的需求情況等）汽車關(guān)鍵零部件一般是以鋼材、鑄鐵和鋁合金等材料為主，但其加工大多是在專用數(shù)控機床上進(jìn)行，切削工藝比較特殊，材料而且需要高速高效的生產(chǎn)節(jié)拍。

針對汽車關(guān)鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發(fā)先進(jìn)的復(fù)合刀具或?qū)Ｓ玫牡毒呓Y(jié)構(gòu)為重點，通過應(yīng)用反求工程技術(shù)進(jìn)行消化吸收和創(chuàng)新，參數(shù)化解析以及高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)安全性進(jìn)行刀具優(yōu)化幾何設(shè)計；對引進(jìn)的汽車零部件用復(fù)雜刀具和特殊刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、幾何形狀優(yōu)化、熱處理工藝創(chuàng)新，形成自主開發(fā)和創(chuàng)新能力。

研究超重型卡車用大型、高精度滾剃齒輪刀具以及大型弧齒錐齒輪刀具的設(shè)計原理，開發(fā)相關(guān)加工技術(shù)和裝備；重點研發(fā)變速箱復(fù)雜精密齒輪加工專用系列齒輪刀具、發(fā)動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復(fù)合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車?yán)?、車銑刀、曲軸高速內(nèi)/外銑刀鏜銑刀等一批高精度、高效率、高可靠性、專用化的“三高一?！钡母咚俑咝?fù)合切削刀具。

研究多軸聯(lián)動數(shù)控磨削和電腐蝕加工實現(xiàn)復(fù)雜空間曲線刃的成形加工技術(shù)。基于高速高效刀具與工件材料切削性能適配性模型，建立通用型切削數(shù)據(jù)庫；基于難加工材料高速切削力－熱耦合物理模型，研究切削參數(shù)優(yōu)化預(yù)測技術(shù)，建立面向汽車制造領(lǐng)域的專用切削數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有智能推理、判斷及決策的專家系統(tǒng)，滿足高端產(chǎn)品切削加工要求；基于切削過程動態(tài)特征參量和加工表面質(zhì)量指標(biāo)檢測技術(shù)，構(gòu)建刀具切削性能評價體系，為工具企業(yè)、材料企業(yè)、刀具應(yīng)用企業(yè)提供技術(shù)支持，為刀具標(biāo)準(zhǔn)化研究提供試驗平臺。

應(yīng)用反求工程進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具的開發(fā)優(yōu)化設(shè)計；應(yīng)用多軸聯(lián)動數(shù)控和電蝕磨削技術(shù)完成空間曲線刃的成形；開發(fā)富鋁多層復(fù)合硬涂層刀具。

中國已成為世界新的制造和加工中心，汽車、航空航天、模具、機械、電子、冶金等行業(yè)的蓬勃發(fā)展和興起，給刀具行業(yè)的發(fā)展提供了巨大的市場空間。然而，在經(jīng)濟全球化的趨勢下，市場經(jīng)濟競爭日趨激烈，世界各大著名刀具公司產(chǎn)品紛紛投放中國市場，尤其是汽車制造業(yè)中精密復(fù)合孔加工刀具和高效復(fù)合涂層刀具幾乎全部是國外產(chǎn)品。

而我國數(shù)控刀具沒有形成規(guī)模，國產(chǎn)化率較低，主要是一些低檔產(chǎn)品。在汽車制造業(yè)中，先進(jìn)的數(shù)控加工刀具主要依賴進(jìn)口。

汽車關(guān)鍵零部件高性能刀具開發(fā)的下一步目標(biāo)是要進(jìn)一步打破國外知名品牌刀具的技術(shù)壟斷，提高汽車制造業(yè)中精密復(fù)合刀具和高效復(fù)合刀具設(shè)計制造水平，國產(chǎn)數(shù)控刀具要形成規(guī)?；a(chǎn)。

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