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切削理念的三次进步
http://cn.newmaker.com 9/29/2005 11:33:00 AM  CAD世界网
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车刀/镗刀展厅
车刀, 槽刀, 切断刀, 倒角刀, 镗刀, ...
尽管中国已经成为世界加工厂,但作为国民经济支柱产业的制造业,其劳动生产率与美、欧、日等工业发达国家和地区相比还有很大的差距,仅为其1/20左右。刀具和切削技术落后是机械制造业劳动生产率低下的重要原因之一。为了把我国从制造大国变成制造强国,中国刀协从中国切削工作者的历史责任的高度提出了“发展切削技术、建设制造强国”的宏伟目标。并从2005年起在团体会员单位开展“中国刀协20工程”活动,即要求会员单位通过对切削应用技术的培训和先进刀具的推广,用2年左右的时间率先实现提高切削效率20%的目标。这个目标的实现,需要各界的共同努力,为此,我们也必须清醒地认识到切削理念的三次进步。

加大刀具投入

当前切削刀具及相关技术的发展日新月异,近年来在数控技术和刀具技术的共同推动下,切削加工进入了高速切削的阶段。近年来刀具材料和涂层技术有了很大的发展,如PCD、CBN超硬刀具和陶瓷刀具的使用范围不断扩大,作为当前高速切削主力军的涂层硬质合金刀具的切削性能大幅提高等。近20年来切削速度提高了5~10倍,生产效率提高了50%~100%。高速切削有一个特点,就是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的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的温升也会减小。不过受刀具材料性能限制,后一现象目前只在用PCD刀具加工铝合金和软质材料中才能观察到。高速切削还适用于硬切削、干切削和重切削,是提高切削效率的有效手段。

现代加工中刀具费用一般只占制造成本的3%~4%,但它对总制造成本的影响却要大得多。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的进口设备使用低性能的焊接刀具,不能发挥设备性能反而造成更大浪费的事实。有人计算过生产效率提高20%会使制造成本降低15%。现在多数企业都算过这笔账来了,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,是切削理念的一次进步。

创新刀具结构

先进刀具有三大技术基础:材料、涂层和结构创新。高速切削刀具主要依赖的是刀具材料和涂层技术的进步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。刀具的结构创新也是提高切削效率的有效手段。例如Iscar公司的大走刀量铣刀每齿走刀量达到3.5mm,Seco公司的复合孔加工刀具一次走刀就能完成钻、镗孔和端面倒角等。曲轴加工的工艺进步更具有说服力,曲轴车拉刀的发明使曲轴加工效率提高了10倍。现在又出现了效率更高的曲轴高速铣刀,一次走刀就可完成7个主轴颈的加工。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和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在涂层、材料等单项技术都不占优势的情况下,凭借自主知识产权的刀具设计和工艺技术,加上涂层、材料和刀具结构创新技术的综合运用,在高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业的一次成功超越。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的(也常常是最贵的)刀具来进行高速切削。在目前我们刀具材料和涂层技术与国外还有较大差距的情况下,注重刀具的结构创新往往是提高切削效率的更有效和更可行的手段。采用包括高速切削和刀具结构创新在内的各种手段实现高效切削,是切削理念的又一次进步。

优化加工过程

运用先进刀具提高切削效率后又常常凸显出两类新问题:一是切削效率提高的效果被大量的非切削时间所冲淡,二是在加工设备不太先进的情况下先进刀具的费用不堪重负。日本MARZAK公司称他们的加工中心只有30%的时间在为公司创造效益。东方汽轮机厂进口的瑞士加工中心,其自动纪录的切削时间也只有30%左右。切削技术在不断发展,人们的认识在不断深化:在提高加工效率的努力中只靠高性能的刀具是远远不够的,通过切削应用技术提高切削生产效率的潜力还很大。

前面说过要进一步提高切削加工效率只靠先进刀具是不够的。我们还应该掌握和运用与切削过程相关的技术,全面提高生产效率。进行刀具结构创新,改善刀具使用条件,合理选用刀具材料和涂层;另外,工艺方式的改革,还有管理手段和相关技术,他们同样是提高生产效率的有效手段。说得更明确一点就是不要只盯着用最好的刀具这一条道,当前更要重视切削应用技术,向70%的时间要效率。

今年5月在厦门举行的2005中国刀协工作会议上,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的经验。近年该企业努力推广先进刀具,仅推广可转位刀具就提高生产效率30%。进而他们又在刀具结构创新上下功夫,与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优化、加强管理、进行网络编程和切削过程的计算机模拟等,进一步提高生产效率,用该厂总工艺师王政的话说是“向另外70%的时间要效益”。减少非切削时间的手段还很多,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、采购可靠性高的设备减少维修停机时间等等。

既要采用先进刀具,同时还要通过管理和应用相关技术优化整个加工过程,实现高效加工是最近切削理念的第三次进步。

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