高速高效切削与加工理念

把刀用好 · 发表于 2012-2-28 21:20:56

   制造业是国民经济的支柱产业，我国已经成为世界加工场，可我国制造业人均劳动生产率与美、欧、日等工业发达国家地区相比还有很大差距，只为欧、美、日等发达地区国家二十分之一左右。根据国机床工业年鉴提供数据，我国工具行业2004年全员劳动生产率为人民币39,366元，人均利润6,750元。远低于国外工具企业上百万元人民币年人均劳动生产率。刀具切削技术落后机械制造业劳动生率低下重要原因之一。为了把我国从制造大国变成制造强国，国刀协从国切削工作者历史责任高度提出了发展切削技术、建设制造强国宏伟目标。

   当前切削刀具及相关技术发展日新月异，近年来数控技术刀具技术共同推动下切削加工进入了高速切削阶段。近年刀具材料涂层技术有了很大发展，如PCD、CBN超硬刀具陶瓷刀具使用范围不断扩大，作为当前高速切削主力军涂层硬质合金刀具切削性能大幅提高等。近二十年来切削速度提高了5至10倍，生产效率提高了50%至一倍。高速切削有一个特点，就当切削速度上升到一定程度时由于材料软化等原因随着切削速度增加切削力反而下降，同时由于切屑带走了大部分热量甚至工件温升也会减小。不过受刀具材料性能限制后一现象目前只用PCD刀具加工铝合金软质材料才能观察到。高速切削还适用于硬切削、干切削重切削，提高切削效率有效手段。

现代加工刀具费用一般只占制造成本3~4%，但它对总制造成本影响却要大得多。计划经济时代机械加工企业从控制加工成本出发制订刀具消耗定额进行成本控制，我们也曾提到有些企业高效率进口设备上使用低性能焊接刀具，不能发挥设备性能反而造成更大浪费事实。有人计算过生产效率提高20%，制造成本降低15%，现多数企业都算过这笔帐了，加大刀具投入用高速切削提高生产效率以降低总生产成本，切削理念一次进步。

   先进刀具有三大技术基础：材料、涂层结构创新。高速切削刀具主要依赖刀具材料涂层技术进步。高速切削可提高切削效率但不唯一手段。刀具结构创新也提高切削效率有效手段。例如Iscar公司大走刀量铣刀每齿走刀量达到3.5mm，Seco公司复合孔加工刀具一次走刀就能完成钻、镗孔端面倒角等。曲轴加工工艺进步更具有说服力，曲轴车拉刀发明成十倍地提高了曲轴加工效率。现又出现了效率更高曲轴高速铣刀，一次走刀就可完成七个主轴颈加工。东风汽车公司量刃具厂已经成功地为国内汽车厂开发了曲轴车拉刀高速铣刀并成功用于生产。上世纪八九十年代成都工具研究所涂层、材料单项技术都不占优势情况下，凭借自主知识产权刀具设计工艺技术，加上涂层、材料刀具结构创新技术综合运用，高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业一次成功超越。还有许多例子都说明刀具结构创新往往更能有效地提高切削效率。要提高切削效率不能只盯着用最好（也常常最贵）刀具来进行高速切削。目前我们刀具材料涂层技术与国外还有较大差距情况下，注重刀具结构创新往往提高切削效率更有效更可行手段。采用包括高速切削刀具结构创新内各种手段实现高速切削，切削理念又一次进步。

   运用先进刀具提高切削效率后又常常突显出两类新问题：一切削效率提高效果被大量非切削时间所大大冲淡，二加工设备不太先进情况下先进刀具费用不堪重负。日本MARZAK公司说他们加工心只有百分之三十时间为公司创造效益。东方汽轮机厂进口瑞士加工心上自动记录切削时间也只有30%左右。切削技术不断发展，人们认识不断深化：提高加工效率努力只靠高性能刀具远远不够，通过切削应用技术提高切削生产效率潜力还很大。

   切削过程十分复杂，加上切削过程受大量随机因素影响很难简单地用一些公式定理准确地描述。但金属切削作为一门传统技术有其自身规律并可以把握，关键要用好用活切削技术解决实际问题。配合国刀协20工程我们请工具行业资深专家赵炳桢研究院编写了刀具应用技术基础教材。我们目标为企业培训了解现代化切削技术基础知识最新发展，懂得切削应用技术基本理念并能够运用以上技术思路解决实际问题人才------我们称之为切削工程师新一代刀具大王。

前面说过要进一步提高切削加工效率只靠先进刀具不够。我们还应该掌握运用与切削过程相关技术，全面提高生产效率。

   2009年5月厦门举行2005国刀协工作会议上，东方汽轮机厂介绍了综合运用切削应用技术，全面提高切削加工效率经验。今年厂里努力推广先进刀具，仅推广可转位刀具就提高生产效率30%。进而他们又刀具结构创新上下功夫，于株洲钻石切削刀具股份有限公司合作开发先进刀具，还对老式设备进行改造以使用先进刀具来提高生产效率。最近他们又对全厂工艺配置进行了优化、加强管理、进行网络编程切削过程计算机模拟等手段进一步提高生产效率。用王政总工艺师话说向另外70%时间要效益。减少非切削时间手段还很多，比如机外调刀、快速换刀、随机测量、多工位加工、设置装卸工位、采购可靠性高设备减少维修停机时间等等。

既要采用先进刀具，同时还要通过管理应用相关技术优化整个加工过程，实现高效加工最近切削理念第三个进步。
   使用先进刀具还应注意与加工设备合理匹配。我们曾提到好设备上用焊接刀具不匹配，而普通设备上一味追求用最好（也常常最贵）刀具同样不合理，不少加工企业已发出进口刀具价格不堪重负呼声。怎么办？我们建议：进行刀具结构创新，改善刀具使用条件，合理选用刀具材料涂层，不要只盯着最好（最贵）刀具，提高生产效率部只有高性能刀具高速切削一条道。经过多年建设技术改造，一批国有、副分之民营刀具企业已开发出系列性能优良硬质合金材料涂层刀具，可以供加工企业按照具体情况合理地选用。再则刀具结构创新工艺方式改革，还有管理手段相关技术同样提高生产效率有效手段。说得更明确一点就不要只盯着用最好刀具这一条道，当前更要重视切削应用技术向70%时间要效率。

   现国内轿车生产、模具制造、航空航天等领域还大量使用进口刀具。我国材料、涂层基础技术刀具结构创新上与国外还有较大差距，赶超世界先进水平还任重道远。但如果只看到这一点而忽视切削应用技术这个重要领域，无形就夸大了我们切削技术上与国外差距。我们要基础技术应用技术并举，当前应该从切削应用技术入手，刀具结构创新上下功夫，学会用好引进自行开发涂层技术先进刀具材料技术，综合运用技术管理手段提高加工效率，加快赶超世界先进水平。

切削工具性能提高为高效高速加工发展提供了可能性

   如果需要达到高效高速加工，切削工具另外一个重要因素。当前切削工具材料发展，对加工需要创造了比较好条件，除了高速钢、硬质合金以外，陶瓷、金属陶瓷、超硬材料发展起到了重要作用。特别陶瓷、超硬材料，对高效高速加工发展提供了有力支持。更值得提及，1955年美国GE公司用高温、高压合成超硬材料取得成功，促使切削领域发生了重大变化。这个基础上，很快出现了PCD、PCBN，为难加工材料切削、干切削、硬切削、超精密切削等加工创造了条件。

切削加工另一个方面，就表面技术切削工具上应用，PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)不断推陈出新，由单层发展成多层、千层、复合涂层，现又发展成纳米涂层；涂层材料，从TiN发展为Al2O3、TiC、ZrO2、等，根据加工要求，为提高耐高温性能，又发展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等。为了减少摩擦力，采用软涂层，如沉积MoS2，又如德国Guehring公司采用Molyglide，这种涂层就以MoS2为主，它能减少切削摩擦系数。当然这要根据被加工件特点，分别地应用所需加工上。现涂层技术又发展到了超硬涂层(类金刚石、金刚石、立方氮化硼)，更使切削加工范围拓宽。特别值得提到薄膜涂层发展成为厚膜，它不同于天然金刚石，具有各向同性，现已经国内外得到应用，部分取代了天然金刚石。现也已经解决了大颗粒单晶金刚石合成技术，这些变化对我国影响非常深远，我国已经世界合成金刚石产量最多国家，这有利于我国发展高效加工技术。

   为了适应高效高速加工，辅助工具也十分重要手段，例如原来组合夹具机械加工心应用，为了提高其强度，已经从槽系发展成为孔系。目前比较典型EROWA3R组合工具应用，已经从电加工，发展到机械加工心上，不仅加快了节奏，更重要达到了高精度，这些工具从原来模具电加工发展到了切削加工领域。带柄切削工具方面所需刀柄，也配合高效率、高精度切削加工过程发展了新型结构，例如液压、塑料，现又广泛采用热装刀柄，其夹紧精度明显提高，达到2～3μm。现这种装置已经成熟，例如德国ZOLLER公司已经将这样装置直接安装对刀仪上，说明此项技术又向前推进了一步。工具进步为高效加工提供了有力支持。

有牟有 · 发表于 2012-2-28 23:07:16

收藏一下明天看 {:soso_e100:}

雪豹LZW · 发表于 2012-2-29 11:17:08

谢谢楼主的分享，收藏了

makino · 发表于 2012-2-29 23:38:52

很好，收藏了。慢慢看。

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