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1. PCBN刀具在齿轮孔加工中的应用 ——郑州市钻石精密制造有限公司 . 1 .

2. 郑钻简介 . 2 .

3. 郑钻的发展 2010~今 2010年5月搬入新厂区，现公司建筑面积25，000平方米。 2006 1998 开始飞机刀具制造，从事国际贸易业务，高精度铰刀、铣刀、镗刀、珩磨刀具，汽车发动机关键部位刀具的研发与制造。高精度的外圆磨床，5轴联动磨床等高精度刀具设备 1997 开始汽车发动机刀具制造，PCD、CBN刀片，主要生产设备：工具磨、周边磨等 郑钻成立。 . 3 .

4. 公司数据信息 雇员人数 420人 技术支持 50人 业务25人 应用领域 汽车制造业、飞机制造业、压缩机制造业、精密机械加工业等 . 4 .

5. 郑钻主要产品介绍 . 5 .

6. 一、刀片产品 PCBN刀片系列 该系列刀具主要用于铸铁类材质的加工。铣削速度可达800-1500m/min, 是传统刀具的5-10倍，加工粗糙度可达Ra 0.2, 具有加工效率高，寿命长等特点。 . 6 .

7. PCD刀片系列  该系列刀具用于有色金属的精加工，具有高耐磨，抗冲击，不粘屑等特点，适用于批量生产线的加工。在发动机中一般采用铸铁缸体，铝合金缸盖或全采用压铸铝材质。由于PCD铣削刀具对铝合金具有优良的加工特性，现已在发动机行业中广泛应用，今后也必定在加工行业中得到更全面的发展和推广。 . 7 .

8. 二、镗刀杆 导条镗刀 1、如图（1）和（2）所示镗刀为加工曲轴孔镗刀，采用机夹装夹刀片，减少刀柄的浪费；与HSK刀柄采用法兰连接，通过微调刀具跳动可达0.003mm以内；结合客户要求，导向条可以采用硬质合金或者金刚石材质，通过微调后导向条跳动、同轴度均可达到0.003mm以内。 2、导向条经过特殊处理表面可以达到Ra0.2，再结合刀具的微调结构可以使加工出得曲轴孔同轴度≤Φ0.02mm，圆柱度≤0.007mm，圆度≤0.006mm。 图（2） 装配与 图（1） . 8 .

9. 二、镗刀杆 1、 凸轮轴镗刀杆，用于加工凸轮轴孔，刀具采用加长硬质合金做为导向条，保证了被加工孔的同轴度和圆度要求。为了满足客户降低成本的使用要求，硬质合金导向条可以重复更换修磨使用。 2、刀具设计避免了刀柄与镗杆整体结构设计时跳动和同轴度超差的缺陷。柄部采用法兰与HSK刀柄连接，可以通过法兰微调达到同轴度和跳动可以达到0.002mm 。 3、下图所示镗刀杆是国内某知名汽车动力加工厂所使用的，加工出的凸轮轴孔可以达到位置度≤Φ0.1mm，同轴度≤Φ0.05mm，圆度≤0.01mm，粗糙度达Ra0.8以内。 . 9 .

10. 三、珩磨刀具 1、曲轴孔珩磨杆，加工发动机曲轴孔，刀具本体上装配有带珩磨条的珩磨基座和带陶瓷导向条的底座，陶瓷导向条和珩磨条均可以通过各自的底座依靠芯轴锥面涨开，依靠机床系统的自动检测保证被加工曲轴孔的精度。 2、珩磨加工出的曲轴孔同轴度≤Φ0.02mm，圆柱度≤0.007mm，圆度≤0.006mm。珩磨可以严格的控制各个档的曲轴孔尺寸的一致性、同轴度、圆度。 3、如右图所示是用在NAGEL珩磨机上的珩磨杆，加工Φ50的曲轴孔。珩磨杆在使用之前要检测珩磨条是否规圆，并用显微镜检测金刚石暴漏程度。由于此类珩磨杆是硬性连接在机床上，所以加工之前还要检测与珩磨杆相连的连接杆的跳动和位置度，并手动检测珩磨杆的零部件工作是否正常，这样才能严格的保证被加工的曲轴孔精度合格。 . 10 .

11. 三、珩磨刀具 1、珩磨头，主要用于珩磨发动机缸孔，依据加工机床可分为：NAGEL珩磨头、格林珩磨头、善能珩磨头等。 2、珩磨工具均是依靠芯轴锥面配合基座锥面涨开珩磨条，通过珩磨条加工产品。与珩磨杆不同的是珩磨头的导向条式固定粘接在珩磨头本体上的，并且导向条上带有两个对称的气孔用于检测加工产品的精度。相比珩磨杆的硬性连接，珩磨头与机床硬性连接后，通过自身的浮动结构加工出合格的产品。 3、如右图所示是连接在NAGEL机床使用的珩磨头，珩磨缸孔直径Φ88，加工后达到精度：孔径尺寸Φ88（+0.01,0），位置度Φ0.15mm，垂直度0.05mm，直线度和圆度0.01mm，同时发动机相关参数Rvk，Rpk等要求均达到合格。 4、珩磨头在使用之前同珩磨杆一样需要检测珩磨条的金刚石暴漏程度，同时还要检测气密性是否良好，还需要手动检测珩磨头各个零部件工作是否正常。 . 11 .

12. 三、珩磨刀具  珩磨条主要用于精磨磨削、研磨、抛光和超精加工，以达到高精度的加工表面。其中包括PCD和PCBN两个系列，是传统类珩磨条加工寿命的300-500倍。珩磨条在加工过程中稳定性可靠，广泛用于航空航天、汽车、内燃机、空调压缩机等工业领域。 珩磨条在汽车发动机缸孔加工上的使用，能够在缸孔壁上加工出“网纹”，这种网纹可以减少汽车发动机的磨合期，减少排碳量，网纹促使发动机缸孔表面形成一层保护油膜，提高了发动机的性能，并且延长发动机的使用寿命。 . 12 .

13. 四、铰刀 1、钻尖类铰刀，用于加工零部件上的盲孔。前端带有钻尖，刀具采用双内冷结构。 2、如上图所示刀具一次进刀加工成型的阶梯孔和倒角，被加工孔可以达到粗糙度＜Ra0.4。 3、可以装在液压柄或者热装柄上使用，装入热装柄内可以达到跳动＜0.002mm。 . 13 .

14. 四、铰刀 1、对焊类铰刀，刀具基体钢料及合金棒料采用V型对焊，用铜焊的方式焊接牢固。前端一刃过中心，可以直接在平面上铣孔。如下图所示刀具一次进刀加工孔和倒角，并且采用双内冷结构，冷却更加充分且延长了刀具寿命，刀具带有导向。 2、通过导向的导引作用加工出的孔粗糙度＜Ra0.4，孔的圆度＜0.01mm。 3、直柄结构可以装配与液压刀柄或者热装刀柄，装配后刀具刃部跳动可控制在0.003mm以内。 . 14 .

15. 四、铰刀 1、BT复合铰刀，加工阶梯孔及倒角，一次进刀成型加工。刀具采用内冷结构，加工过程中冷却更加充分。 2、如上图所示的BT复合铰刀，加工出的阶梯孔粗糙度＜Ra0.4，刀具直接装在机床上使用，刃部跳动可达到＜0.003mm。 . 15 .

16. 四、铰刀 1、RTS导管刀，采用特殊的锥柄结构，刀具设计带有双内冷和导向结构，按照刀片装配形式分为：焊接式RTS导管刀和机夹式RTS导管刀。焊接式导管刀具基体采用整体硬质合金，提高了刀具自身的刚性并延长了使用寿命。 2、如右图是焊接式导管刀，加工出的导管孔圆柱度＜0.005mm，同轴度＜0.05mm，粗糙度＜Ra0.4。 3、此刀具主要用于加工发动机缸盖进、排气门导管孔，与气门阀座加工刀柄连接在一起使用，同时加工导管孔和阀座锥面。 加工 . 16 .

17. 四、铰刀 1、带导向直柄铰刀，采用整体硬质合金做基体，加工深孔，刀具采用导向和内冷孔结构设计，导向保证了被加工孔的精度，内冷孔则延长了刀具的使用寿命。 2、如下图所示带导向铰刀，加工出孔的粗糙度＜Ra0.6，导向设计保证了孔的同轴度可以达到0.005mm，刀具装配在液压刀柄或者热涨刀柄上使用，装配后刀具跳动＜0.002mm。 . 17 .

18. 四、铰刀 1、直柄复合铰刀，采用钢料经过热处理后作为刀具的基体，降低了刀具的成本，刀具同样采用内冷结构，直柄结构可以装配在液压刀柄或者热涨刀柄上使用。 2、如下图所示直柄复合铰刀，用于加工汽车发动机缸盖上的座圈球窝以及座圈底孔，被加工产品粗糙度＜Ra0.8 . 18 .

19. 四、铣刀盘 铣刀盘，采用特殊铝合金材料做基体。 （a）与焊接式钢基体铣刀盘相比我公司铝刀盘的创新点： 1、采用机加式装夹刀匣结构，制作工艺简单； 2、采用大直径刀盘，加工效率高； 3、刀体采用铝基体，质量轻； 4、转速达6000r/min； 5、振动小； （b）与MAPAL铝基体铣 刀盘相比我公司铝刀盘的创新点： 1、采用斜面压紧结构实现多面接触， 刀匣固定更稳定； 2、直接扳手调节位置，调节方便快捷， 调节范围大可达2mm； 3、刀片位于刀匣中心位置，增加刀匣数量， 即采用密齿结构，加工效率提高。 . 19 .

20. 五、天然金刚石刀具系列 . 1 .  天然金刚石工具广泛应用于有色金属材料精密加工行业，根据其装夹方式可分为封压式和钎焊式。封压式主要用于钟表和装饰品的镜面加工；钎焊式刀具由于采用目前世界上最先进的高强度端面焊接技术，焊接强度可达到300-400Mpa,具有精度高，切削流畅等特点，广泛应用于超精密镜面的车削，铣削及修整成型砂轮的加工。 . 20 .

21. 五、航空航天制造业刀具系列  在飞机制造领域中，大多采用碳纤维复合轻型材料和蜂窝材料。合金类刀具磨损快，孔口容易出现毛刺，满足不了加工需求，PCD具有高硬度、高耐磨性、导热性好、摩擦系数低等特点，有力的解决了毛刺毛边等严重问题，因此，PCD刀具在高精密的孔加工及难加工材料中显示出更大的优势。 . 21 .

22. 中国市场 郑 州 . 22 .

23. 国内客户 . 23 .

24. 国际市场 . 24 .

25. 公司荣誉 • 2005年6月，公司主持起草制定的超硬材料刀具七项机械行业 • 标准， 于2007年3月6日在全国范围内实施。 • 2007年6月，公司主持起草制定的超硬材料刀具两项机械国家 标准，于2008年6月3日在全国范围内实施。 • 2007年12月，“聚晶金刚石铰刀”获得国家高新技术产品称号。 • 2007年，加入中国机床工具工业协会。 • 2007-2011年，连获一汽大众集团 “优秀供应商”称号 • 2008年，被认定为“50户高成长型高新企业”。 • 2008年，获得“中原最佳雇主企业”称号。 • 2008年，加入中国齿轮专业协会。 • 2008年，被认定为郑州市超硬刀具工程研究中心。 • 2009年，荣获“奇瑞公司2009年度优秀供应商”称号。 • 2009年，被认定为河南省企业技术中心。 • 2010年，被认定为郑州市超硬材料（PCD/PCBN）刀具工程技 • 术研究中心（重点实验室）。 • 2010年，被认定为“高效聚晶金刚石孔加工复合刀具河南省工 • 程实验室”。 • 2010年，被认定为国家高新技术企业。 • 2011年，通过ISO14001环境管理体系认证、OHSMS18001职 • 业健康安全管理体系认证。 • 2011年，被认定为“高效切削超硬材料刀具技术国家地方联合 • 工程实验室”。 . 25 .

26. . 26 .

27. 应用领域 - 淬火钢16MnCr5, 20CrMnTi - 硬度大于45 HRC - 低含量CBN . 27 .

28. 工艺条件 - 加工余量0.1 - 0.15 mm - 孔加工入口要有倒角 - 淬火硬度要均匀，不要有不被淬硬的区域 - 工件夹紧时不要有大的弹性变形 - 不要有断续切削 . 28 .

29. 工艺条件 - 高压内冷，可溶性冷却液浓度6%。 - 设备重复定位精度高，工件余量均匀。 - 刀具在卧式（立式）机床上使用并能进行调整 - 切削力不要导致工件变形 - 不需要转动轴和z轴的平行度很高 - 刀具跳动3 - 5 µm - 粗加工位置度良好 - 工件弹性变形小 . 30 .

30. 工艺条件 - PCD 导向条 - CBN 切削刃带负倒棱 - 加工线速度100 m/min — 180 m/min进给量0,08 mm - 0,15 直径大的孔可适当加大进给量。- 退刀速度fr = 3 x f 加工7 - 17 mm的刀具是单切削刃，阶梯孔可同时加工。 (2)陶瓷 .31.

31. 加紧压力对零件孔径圆度的影响 0.80 µm (3)金刚石 1.65 µm 3.45 µm 夹紧压力10 bar 夹紧压力12 bar 夹紧压力15 bar . 32 .

32. 切削形状 材料20CrMnTi 刀具 CBN单刃 PCD导向条 加工数据 vc= 150 m/min f = 0.3 mm ap= 0.15 mm (4)立方氮化硼 .33 .

33. 磨损状态 1号刀片 2号刀片 450 件 . 34.

34. 直径变化 . 35.

35. 表面粗糙度 .36.

36. 优点 - 尺寸精度和形位精度很高 - 加工精度取决于调整精度 - 机床旋转轴与进给轴平行度要求不高 - 加工震动很小 - 与磨削相比加工效率很高成本很低 . 37.

37. THANK YOU . 38 .