針對汽車關鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發先進的復合刀具或專用的刀具結構為重點，通過應用反求工程技術進行消化吸收和創新，參數化解析以及高速旋轉刀具系統安全性進行刀具優化幾何設計；對引進的汽車零部件用復雜刀具和特殊刀具進行結構設計、幾何形狀優化、熱處理工藝創新。

研究乘用車及重型卡車用發動機、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計原理，開發相關加工技術和裝備；研發發動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車拉刀、車銑刀、曲軸高速內/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”的高速高效復合切削刀具。

汽車關鍵零部件高性能刀具的開發過程中的幾項關鍵技術進行重點研究，分別是刀具設計技術、刀具成形技術、刀具涂層技術和刀具應用技術。

刀具設計技術：目前國內刀具設計主要依賴于經驗并面向傳統。

切削加工領域，無刀具安全性可言。本項目是基于反求工程、刀具參數化解析以及高速旋轉刀具系統安全性進行精密復合整體硬質合金數控刀具設計，滿足高速高效切削性能要求；反求工程技術是現代設計制造技術中不可缺少的重要方法，應用激光快速掃描系統，獲得關于樣品實體特征的離散點數據，再通過空間重構技術求得樣品的三維仿真模型，從而達到快速優化設計的目的。精密復合整體硬質合金數控刀具結構復雜，設計精度高，應用反求工程技術可以大大縮短刀具的設計周期，滿足設計要求。汽車零部件制造中高速高效切削工藝應用普及，因而在精密復合整體硬質合金數控刀具設計中，必須對高速旋轉刀具系統的靜力學模型和動力學模型進行分析，對高速高精度刀具系統的動平衡性能以及刀體和夾緊機構的失效機理進行研究，利用先進的反求工程軟件、硬件技術平臺和動平衡試驗系統，開展刀具設計研究工作。

目前國內對于PCD、PCBN刀具刃磨主要是應用機械方法實現直線修磨。

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

數控多軸電蝕磨技術是一種先進的復合磨削技術，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鍵技術。它運用電蝕輪（或鉬絲）與工件間電火花加工的原理，利用數控五軸聯動實現對刀具主切削刃的成形電蝕磨削加工。與傳統的金剛石砂輪磨削加工相比，生產效率大幅度提高。通過CAM數控軟件的開發，可以加工各類復雜的曲線刃形、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雜形狀刀具的主切削刃磨削問題以及內刃修磨問題得到圓滿解決。

刀具涂層技術：單層涂層材料結構簡單，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合硬涂層技術，使涂層材料具有優良的綜合性能，達到國外先進水平，滿足刀具在高速高效切削條件下的使用要求。在高效復合涂層刀具的設計中，涂層材料的成分種類、涂層厚度和涂層結構優化是獲得具有梯度功能復合涂層的保證。在涂層制備過程中，刀具基體表面預處理技術和涂層工藝過程控制技術是關鍵。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，得到適合涂層的理想表面，最大程度提高涂層的結合力。在富鋁涂層的制備過程中，采用多層結構和成分漸變的層構設計工藝，通過控制每層的厚度和成分，達到最佳的力學性能。一方面，通過控制層厚，抑制晶粒的生長，獲得納米涂層。同時，多層結構有利于吸收涂層生長過程中產生的微裂紋現象，從而消除裂紋，獲得連續性涂層。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力，同時，漸變的層構設計有利于提高涂層結合力。在涂層成分控制方面，調整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，克服傳統涂層因加工過程中溫度升高而失去其力學性能的缺點。

刀具應用技術：所謂適用的切削數據庫其內涵是，針對具體工件材料、加工精度、表面質量和加工效率等要求，選用適用的刀具并推薦優化的切削參數，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據庫顯然是不合適的。目前國內合理、適用的切削數據還十分缺乏，這在很大程度上限制了高速高效切削技術的推廣與應用，制約了高速高效切削刀具國產化進程。我國汽車制造企業在從工業發達國家大量購進先進的高速數控加工中心時，卻由于技術封鎖而無法引進高速切削數據庫等工藝技術，嚴重影響先進加工中心的正常應用，造成固有資產的潛在浪費。對于汽車制造部門，如何選擇刀具，如何用好刀具，充分發揮加工設備能力，充分體現高性能刀具的良好性價比，實現高效低成本加工，一直是汽車零部件生產線上主旋律。而對于刀具制造企業，新開發的刀具在進入市場之前需要進行切削性能評估，切削性能試驗對刀具的進一步改進和優化切削用量的獲取最有效。

高速切削數據庫系統最核心技術是基于切削力模型、切削溫度模型、刀具磨損模型和工件加工表面質量模型的智能預測技術。高速切削數據來源有三方面：文獻資料、生產實際、切削試驗。

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

技術創新點、突破點汽車關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控機床上進行，切削工藝比較特殊，而且需要高速高效的生產節拍。

刀具成形技術：該技術內容分為兩大部分，分別是復雜空間線刃成形的多軸聯動數控磨削技術和超硬材料電蝕磨削技術。

基于主切削刃空間成形原理的多軸聯動數控全磨制式刀具成形技術；全磨制式精密復合整體硬質合金數控刀具的主切削刃空間成形是通過先進的數控工具磨床多軸聯動來實現，有關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鍵技術，通過CAD/CAM三維仿真切削軟件的運用，進行階梯面、曲面以及砂輪空間截型等各種復雜型面的三維仿真研究。通過CAM前瞻功能，對加工系統的干涉問題進行研究，獲得優化的磨削工藝，確保實際磨削加工過程系統的可靠性和質量的穩定性。在此基礎上，通過二次開發，形成自主知識產權的關于精密復合整體硬質合金數控刀具成形制造技術。

針對汽車關鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發先進的復合刀具或專用的刀具結構為重點，通過應用反求工程技術進行消化吸收和創新，參數化解析以及高速旋轉刀具系統安全性進行刀具優化幾何設計；對引進的汽車零部件用復雜刀具和特殊刀具進行結構設計、幾何形狀優化、熱處理工藝創新，形成自主開發和創新能力。

研究乘用車及重型卡車用發動機、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計原理，開發相關加工技術和裝備；研發發動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車拉刀、車銑刀、曲軸高速內/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”的高速高效復合切削刀具。

圍繞汽車關鍵零部件高性能刀具的開發項目中有關刀具設計、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、刀具切削數據庫等關鍵共性技術，開展金屬切削加工基礎理論研究和試驗技術研究。針對汽車關鍵零部件高性能切削加工要求，開展高性能刀具設計制造過程中的關鍵技術研究，分別是高速高效切削刀具的設計技術、成形技術、先進涂層技術、應用技術，并以此為理論基礎為相關工具骨干企業開發配套的高速高效切削刀具產品系列提供理論指導。

創新點：

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

基于切削過程動態特征參量和加工表面質量指標檢測技術，構建刀具切削性能評價體系，為工具企業、材料企業、刀具應用企業提供技術支持，為刀具標準化研究提供試驗平臺；研究應用反求工程進行汽車關鍵零部件高性能刀具的優化設計技術；研究應用多軸聯動數控和電蝕磨削技術完成空間曲線刃的成形技術；研究開發富鋁多層復合硬涂層刀具技術。

進行各類汽車關鍵零部件高性能刀具的結構設計與優化創新，開發計算機模擬（模擬切削或仿真切削）軟件；改進熱處理計算機控溫系統使控溫精度達到±3℃；解決高性能刀具材料的鍛造技術、熱處理技術和磨削技術，提高難加工材料的加工效率和工序質量穩定性；研究各類切齒刀具及其在不同切削環境下的涂層材料的應用問題，適應高速、高效切削發展要求。

主要技術指標（如形成的知識產權、技術標準、新技術、新產品、新裝置、論文專著等數量、指標及其水平，與國內外同類技術或產品的競爭分析，滿足項目所依托的重大工程建設或重大裝備研制的需求情況等）汽車關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控機床上進行，切削工藝比較特殊，材料而且需要高速高效的生產節拍。

針對汽車關鍵零部件的加工特色及其特殊的切削工藝要求，以開發先進的復合刀具或專用的刀具結構為重點，通過應用反求工程技術進行消化吸收和創新，參數化解析以及高速旋轉刀具系統安全性進行刀具優化幾何設計；對引進的汽車零部件用復雜刀具和特殊刀具進行結構設計、幾何形狀優化、熱處理工藝創新，形成自主開發和創新能力。

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計原理，開發相關加工技術和裝備；重點研發變速箱復雜精密齒輪加工專用系列齒輪刀具、發動機缸體缸蓋高精密鏜銑削系列刀具和高精度孔加工復合刀具、曲軸凸輪軸高效加工用車拉刀、車銑刀、曲軸高速內/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”的高速高效復合切削刀具。

研究多軸聯動數控磨削和電腐蝕加工實現復雜空間曲線刃的成形加工技術。基于高速高效刀具與工件材料切削性能適配性模型，建立通用型切削數據庫；基于難加工材料高速切削力－熱耦合物理模型，研究切削參數優化預測技術，建立面向汽車制造領域的專用切削數據庫；數據庫系統具有智能推理、判斷及決策的專家系統，滿足高端產品切削加工要求；基于切削過程動態特征參量和加工表面質量指標檢測技術，構建刀具切削性能評價體系，為工具企業、材料企業、刀具應用企業提供技術支持，為刀具標準化研究提供試驗平臺。

應用反求工程進行汽車關鍵零部件高性能刀具的開發優化設計；應用多軸聯動數控和電蝕磨削技術完成空間曲線刃的成形；開發富鋁多層復合硬涂層刀具。

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、冶金等行業的蓬勃發展和興起，給刀具行業的發展提供了巨大的市場空間。然而，在經濟全球化的趨勢下，市場經濟競爭日趨激烈，世界各大著名刀具公司產品紛紛投放中國市場，尤其是汽車制造業中精密復合孔加工刀具和高效復合涂層刀具幾乎全部是國外產品。

而我國數控刀具沒有形成規模，國產化率較低，主要是一些低檔產品。在汽車制造業中，先進的數控加工刀具主要依賴進口。

汽車關鍵零部件高性能刀具開發的下一步目標是要進一步打破國外知名品牌刀具的技術壟斷，提高汽車制造業中精密復合刀具和高效復合刀具設計制造水平，國產數控刀具要形成規模化生產。

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