一種新型鏜刀刀夾的應用

康海軍 趙春強 田健 郭宇斌 廖明科

摘要：提質量、降成本、增效益是企業發展的動力。作為汽車零部件制造企業，機械加工中的刀具、備件、輔料等消耗成本，在零部件的單件費用中占比較大，而工藝技術降成本是目前各大企業降成本最有效、最直接的一種方式。本文通過設計一種新型鏜刀刀夾，將廢舊車削用刀片進行二次利用，有效降低了企業的刀具消耗成本，實現了降成本的目的。

關鍵詞：刀夾；降成本；刀片；消耗；鈍角

中圖分類號：U466 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2023.05.002

0 引言

近年來隨著汽車市場的快速發展，汽車行業之間的競爭異常激烈。優勝劣汰是市場競爭的基本規則，任何一個企業要在市場競爭中生存下去，在激烈的市場競爭中取勝，就要不斷發展壯大，必須要有自己的競爭優勢，降低成本就是獲得競爭優勢的基本方法之一。降低成本是一座金礦，蘊含著巨大的潛力，向成本降低要效益，是企業經營管理的一個重要著力點。而技術降成本必然成為先驅，甚至各大企業每年將技術降成本設定為各技術部門的KPI 指標。

技術降成本主要是從技術工藝的角度，根據產品的特性，對其實施技術工藝的優化、改造等舉措，以達到降成本的目的。目前各大汽車零部件企業機加工均以數控機床為主，其中數控刀具的消耗成為各企業一筆不菲的成本。本文從刀具消耗方面進行降成本，設計一種新型刀夾，將大量已使用過的廢舊刀片進行二次利用，已達到降低成本的目的。

1 現狀描述

我公司某機加分廠目前有橋殼、輪邊減速器殼、輪轂、差速器殼等零件機加工生產線體共17 條，其中各線體共同使用的一款車刀刀片為菱形刀片CNMG120408， 其每日合計消耗達到60 片左右，消耗量巨大，僅該刀片的消耗就占到該分廠刀具消耗的7%。該菱形刀片（ 圖1） 有8 個可用刀尖（ 正反兩面，其中一個單面為4 個刀尖），但受限于刀體結構以及零件加工部位，此刀片只能使用其中的4 個銳角刀尖，而剩余的4 個鈍角刀尖無法使用，造成巨大的刀具成本浪費。

分廠的刀具消耗指標已多次超標，降低刀具消耗已成為分廠刻不容緩的一項重要工作。該刀片若能通過技術手段進行二次重復利用，將有效降低分廠的刀具消耗成本，進而為公司的降成本添磚加瓦。

2 方案分析

2.1 車刀刀片

車刀刀片CNMG120408 目前主要常用于各條產線的車床粗、精車工序上，它屬于一種C 型刀片，其銳角為80°，鈍角為100°，后角均為0°；刀片切削刃長12 mm，刀片厚度4mm，刀尖圓弧0.8 mm，為典型的粗、精車刀片。

2.2 原粗鏜刀夾及刀片

經過對分廠的主減速器殼總成、過橋箱蓋、橋殼等產品使用的刀具進行梳理、統計、分析發現，上述產品的鏜孔工序較多，其共同使用的粗鏜刀夾及刀片如圖2 所示。

該粗鏜孔刀夾型號為STFCR12CA-16， 采用的刀片型號為TCMT16T308， 均屬于標準刀具。刀夾的主偏角為90°，用于各類產品孔的粗鏜工序，其孔均為通孔。粗鏜刀片TCMT16T308 為正三角形，3 個角均為60°，后角為7°，刀片切削刃長16 mm，刀片厚度3 mm，刀尖圓弧0.8 mm。而粗鏜孔的切削深度一般都較大，其切削抗力大，要求刀片的承受力大，該刀片為三角形刀片，從結構上與四邊形的刀片相比剛性差；加之其刀片壓緊方式為螺釘壓緊，刀片壓緊力弱，易產生崩刃或碎裂[1]。通過對現場使用后的刀片實物查看，確實存在崩刃及碎裂的現象，刀具消耗成本高。

2.3 替代方案分析

鑒于上述分析，考慮用車刀刀片CNMG120408 替代粗鏜刀片TCMT16T308，分析如下。

⑴刀片形狀：車刀刀片CNMG120408 為四邊形，從結構上其剛性優于三角形刀片TCMT16T308，加之該刀片未使用的2 個刀尖為鈍角，強度好，若要替代，其剛性完全可以滿足粗鏜孔的加工。

⑵切削刃：原粗鏜刀片TCMT16T308 切削刃長為16 mm，車刀刀片CNMG120408 為12 mm，經過對照分廠現有產品粗鏜刀片的粗鏜量，徑向最大不超過? 3 mm，所以車刀刀片若用于粗鏜，其刃長可滿足要求。

⑶刀片后角：粗鏜刀片TCMT16T308 后角為7°，而車刀刀片CNMG120408 為0°，若將該車刀刀片用于粗鏜孔，為避免在切削過程中刀片的后角與工件產生干涉，就需要采用正前角切削，所以其刀夾可選用正前角的刀夾。

⑷刀尖圓弧：粗鏜刀片TCMT16T308 刀尖圓弧為0.8mm，而車刀刀片CNMG120408 與之相同，故刀尖圓弧可滿足原有要求。

經過上述分析[1]，車刀刀片CNMG120408 要替代粗鏜刀片TCMT16T308 進行通孔粗鏜的加工，就要選用一種刀夾，其安裝刀片為車刀刀片CNMG120408，切削刀尖為其100°鈍角刀尖，且為正前角。

經過查詢各標準刀具資料，目前無標準的刀夾可供直接選用，需要設計一種新型非標鏜刀刀夾。

3 刀夾設計

設計粗鏜刀夾，必須要考慮以下幾個重要參數[1]。

⑴主偏角（Kr）。

首先要考慮機床、夾具和刀具組成的加工工藝系統的剛性，若系統剛性好，主偏角應取小值，這樣有利于提高刀具的使用壽命、改善散熱條件及表面粗造度。其次要考慮加工工件的幾何形狀，當加工臺階時，主偏角應取90°；加工中間切入的工件，主偏角一般取60°。主偏角一般可在30°～ 90°之間，最常用的是45°、75°、90°。車刀刀片CNMG120408 為80°的菱形刀片，且需要使用的刀尖為未使用的4 個100°鈍角刀片，其刀片的剛性較好，因其形狀的緣故，可考慮選用75°主偏角。

⑵前角（γ0）。

前角的大小主要解決刀頭的堅固性與鋒利性的矛盾，因此首先要根據加工材料的硬度來選擇前角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根據加工性質來考慮前角的大小，粗加工時前角要取小值，精加工時前角應取大值，前角一般可在-5°～ 25°之間選取。因車刀刀片CNMG120408 的后角為0°，加之分廠所加工的產品多數為球墨鑄鐵件硬度適中，故考慮將其前角設計為6°時，可避免其后角在切削過程中與工件產生干涉，同時保持其堅固性。

⑶后角（α0）。

首先考慮加工性質，精加工時，后角取大值，粗加工時，后角取小值。其次考慮加工材料的硬度，加工材料硬度高，后角取小值，以增強刀頭的堅固性；反之，后角應取大值。后角不能為零度或負值，一般在6°～12°之間選取。因車刀刀片CNMG120408 刀片后角為0°，當其前角選定為6°，則其后角自然成為6°，符合粗加工條件。

⑷安裝特性。

考慮要兼顧各類產品孔的粗鏜，且不改變原粗鏜刀體的結構，直接可在原粗鏜刀體上進行兼容互換。故其刀夾的外形結構要與原刀夾的外形相似，尤其是刀夾的長度與寬度尺寸保持不變，即其長度52 mm，刀尖與刀體的側定位面尺寸20±0.05mm，刀尖高度12 mm。

根據上述分析及理論[1] 支持設計粗鏜刀夾[2] [3] [4] [5] 如圖3所示。

刀片的裝夾形式采用復合壓緊方式，適用于切削抗力大的粗鏜加工。

刀夾的主偏角設計為75°，適用于各類產品通孔的粗鏜，其強度高，刀片不易碎，刀具壽命長。

刀夾上徑向和軸向均設計有可調螺釘，用于在徑向和長度方向上進行尺寸微調。

使用方法：將廢舊的車刀刀片2 即CNMG120408 刀片安裝于銷釘6 上，用復合壓板4 壓緊刀片，利用徑向調節螺釘3可對其徑向尺寸進行微調，利用尾部軸向調節螺釘5 可對其長度方向尺寸進行微調，調整好尺寸后利用壓緊螺栓將刀夾1 固定在粗鏜刀刀體上，切削參數可不變，啟動機床后，刀夾可在軸向實施進給，進行粗鏜孔的加工。

4 加工驗證

刀夾設計完成后，由刀具供方制作1 件進行驗證，首先選定在過橋箱蓋線對其孔進行試切，原機床切削參數不變，試切[6][7] 一件后對其尺寸進行測量，完全滿足工藝和圖紙要求。

同時監控機床功率和負載比較穩定，無大的波動現象，對刀夾和刀片切削刃外觀進行檢查，外觀無異常，由此判斷刀具在切削過程中無干涉現象。

進一步經過批量切削驗證， 該刀夾采用車刀刀片CNMG120408 鈍角切削后，如圖4 所示，可完全滿足產品的要求。

為了便于刀夾的采購及推廣，對其刀夾命名為MCKNR/L12CA-12。該刀夾推廣應用至其他生產線并驗證后，經過1個月的統計，該車刀刀片CNMG120408 二次利用后，分廠的刀具消耗降低了10%。

5 結束語

通過對刀具消耗的統計分析，找出消耗相對較高的刀具，對重點刀具進行技術分析，設計一種新型鏜刀刀夾，實現了對廢舊刀具的二次利用，有效降低了刀具的消耗成本，實現了技術降本增效。

參考文獻

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[6] 楊豐，宋宏明.數控加工工藝[M].北京：機械工業出版社，2010．

[7] 楊叔子.機械加工工藝師手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

（責任編輯：王作函）