电动汽车零部件加工的优化刀具与策略：PCD刀具成车企新宠

随着电动汽车热潮加速，制造车辆部件采用新材料，给汽车供应商带来加工挑战。这就是多晶金刚石（PCD）切削刀具迅速成为车企最佳拍档的原因。

有车以来，车企就用铝制造汽车。汽车先驱Carl Benz 1901年首用铝发动机零件，Bugatti 1908年用铝底盘车身部件，Alfa Romeo 1934年超增压发动机亦为铝制。

以来，铝及其合金持续走俏，近期著名案例为Ford 2015年推出铝车身F-150皮卡。此趋势即将巨变：通用计划2025年前推30款新电动车（EV），10年后全面淘汰内燃机（IC）。其他车企必追随GM开创之路。

车辆电动化与铝有何关联？巨大。铝以强韧轻量助车企满足严苛燃效标准，已是汽车业宠儿。DuckerFrontier近期调查显示，北美电动/非电动车平均铝用量预计2030年增24%。

部分消费源于现用轮毂、泵体、缸盖、变速箱壳体，将逐渐扩展至电池托盘、电机定子及壳体等部件。只有一个问题：虽大部分锻造/变形铝合金易加工，但部分零件用的铸造材料极具磨蚀性，导致刀具寿命差、停机增加。鉴于行业极高产量，这对车企及一级供应商似乎构成严重担忧。

攻克硬骨头

幸好有切削刀具材料应对挑战。名为多晶金刚石（PCD），Kyocera Precision Tools汽车应用专家Gerald Fitch指出，有广泛钎焊PCD钻头/铣刀、可转位铣刀及定制方案，均服务于常规加工铝的车间，以降本增效。

"对车企，单刃成本是一切。虽PCD刀具成本可能是硬质合金同类10倍，但其提供的更短循环时间和大幅延长的刀具寿命足以弥补价差。"他说。

Fitch指向公司MFAH和MEAS铣刀作为两大可能方案。两者均提供低切削力，最小化毛刺和工件崩边，同时生成高质量表面，此三者在高产量铝加工中至关重要。可转位刀具也适合铣削缸体顶面，那里常有铸铁或粉末冶金缸套——汽车市场常见但极具挑战的情况。

Rick With见证许多同类挑战。Guhring Inc. PCD/PCBN部产品经理兼工程主管，他指出汽车零件公差和表面光洁度常极严，电机定子孔还预期大长径比。

"例：电机定子孔典型直径超200mm（7.87英寸），深度或为直径1-1.5倍。"With说。"加工思路类似传统变速箱壳体，后者实际可能需更大伸出。需三步加工：粗、半精、精镗。区别在于刀具本体材料和调整系统。"

Guhring为此件的方案是定制刀具，其本体讽刺地也是铝制。镗刀具HSK主轴接口，配六枚或更多PCD刀片，各装在可调刀片座上控制尺寸。"像许多汽车切削刀具，这是全特殊定制，一把刀加工多直径和特征。"With说。

Chad Hefflinger是Kennametal Inc. PCD/PCBN产品经理。他解释，车企数十年来用PCD刀具改善铝加工，但一级供应商长期滞后。近年因广泛普及具备PCD所需高转速高进给的相对低成本CNC设备，即使最小车间也能触及其高生产力。

另一变化是所谓"脉络"PCD刀具开发。"大多数切削刀具PCD源自扁平圆饼切出钎焊在硬质合金基体上。"Hefflinger说。"缺点是无法像硬质合金刀具做弯曲形状。脉络刀具中，PCD烧结进准备好硬质合金坯料的弧形槽，使其可用于螺旋钻和铣刀。"

Hefflinger也指出铝非汽车唯一选项。越来越多制造商转向碳纤维增强塑料（CFRP）等复合材料用于车身面板、车架部件、保险杠，电动车场景下含电池托盘。此处PCD刀具再成首选、有时唯一选择加工这些航天级材料。

"CFRP不仅磨蚀性强，还易崩层分层。"他说。"这也是脉络PCD刀具常被首选加工这些材料的原因，尤其在航空航天、汽车亦有涉及。获得PCD极致耐磨性的同时拥有更灵活几何选项，有助消除加工复合材料及部分铝合金遇到的问题。"

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