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標題: 高速高效切削與加工理念 [打印本頁]

作者: 把刀用好 時間: 2012-2-28 21:20
標題: 高速高效切削與加工理念
   制造業是國民經濟的支柱產業，我國已經成為世界加工場，可我國制造業人均勞動生產率與美、歐、日等工業發達國家地區相比還有很大差距，只為歐、美、日等發達地區國家二十分之一左右。根據國機床工業年鑒提供數據，我國工具行業2004年全員勞動生產率為人民幣39,366元，人均利潤6,750元。遠低于國外工具企業上百萬元人民幣年人均勞動生產率。刀具切削技術落后機械制造業勞動生率低下重要原因之一。為了把我國從制造大國變成制造強國，國刀協從國切削工作者歷史責任高度提出了發展切削技術、建設制造強國宏偉目標。

   當前切削刀具及相關技術發展日新月異，近年來數控技術刀具技術共同推動下切削加工進入了高速切削階段。近年刀具材料涂層技術有了很大發展，如PCD、CBN超硬刀具陶瓷刀具使用范圍不斷擴大，作為當前高速切削主力軍涂層硬質合金刀具切削性能大幅提高等。近二十年來切削速度提高了5至10倍，生產效率提高了50%至一倍。高速切削有一個特點，就當切削速度上升到一定程度時由于材料軟化等原因隨著切削速度增加切削力反而下降，同時由于切屑帶走了大部分熱量甚至工件溫升也會減小。不過受刀具材料性能限制后一現象目前只用PCD刀具加工鋁合金軟質材料才能觀察到。高速切削還適用于硬切削、干切削重切削，提高切削效率有效手段。

現代加工刀具費用一般只占制造成本3~4%，但它對總制造成本影響卻要大得多。計劃經濟時代機械加工企業從控制加工成本出發制訂刀具消耗定額進行成本控制，我們也曾提到有些企業高效率進口設備上使用低性能焊接刀具，不能發揮設備性能反而造成更大浪費事實。有人計算過生產效率提高20%，制造成本降低15%，現多數企業都算過這筆帳了，加大刀具投入用高速切削提高生產效率以降低總生產成本，切削理念一次進步。

   先進刀具有三大技術基礎：材料、涂層結構創新。高速切削刀具主要依賴刀具材料涂層技術進步。高速切削可提高切削效率但不唯一手段。刀具結構創新也提高切削效率有效手段。例如Iscar公司大走刀量銑刀每齒走刀量達到3.5mm，Seco公司復合孔加工刀具一次走刀就能完成鉆、鏜孔端面倒角等。曲軸加工工藝進步更具有說服力，曲軸車拉刀發明成十倍地提高了曲軸加工效率。現又出現了效率更高曲軸高速銑刀，一次走刀就可完成七個主軸頸加工。東風汽車公司量刃具廠已經成功地為國內汽車廠開發了曲軸車拉刀高速銑刀并成功用于生產。上世紀八九十年代成都工具研究所涂層、材料單項技術都不占優勢情況下，憑借自主知識產權刀具設計工藝技術，加上涂層、材料刀具結構創新技術綜合運用，高強度石油管螺紋刀具上實現了對國外知名企業一次成功超越。還有許多例子都說明刀具結構創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著用最好（也常常最貴）刀具來進行高速切削。目前我們刀具材料涂層技術與國外還有較大差距情況下，注重刀具結構創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結構創新內各種手段實現高速切削，切削理念又一次進步。

   運用先進刀具提高切削效率后又常常突顯出兩類新問題：一切削效率提高效果被大量非切削時間所大大沖淡，二加工設備不太先進情況下先進刀具費用不堪重負。日本MARZAK公司說他們加工心只有百分之三十時間為公司創造效益。東方汽輪機廠進口瑞士加工心上自動記錄切削時間也只有30%左右。切削技術不斷發展，人們認識不斷深化：提高加工效率努力只靠高性能刀具遠遠不夠，通過切削應用技術提高切削生產效率潛力還很大。

   切削過程十分復雜，加上切削過程受大量隨機因素影響很難簡單地用一些公式定理準確地描述。但金屬切削作為一門傳統技術有其自身規律并可以把握，關鍵要用好用活切削技術解決實際問題。配合國刀協20工程我們請工具行業資深專家趙炳楨研究院編寫了刀具應用技術基礎教材。我們目標為企業培訓了解現代化切削技術基礎知識最新發展，懂得切削應用技術基本理念并能夠運用以上技術思路解決實際問題人才------我們稱之為切削工程師新一代刀具大王。

前面說過要進一步提高切削加工效率只靠先進刀具不夠。我們還應該掌握運用與切削過程相關技術，全面提高生產效率。

   2009年5月廈門舉行2005國刀協工作會議上，東方汽輪機廠介紹了綜合運用切削應用技術，全面提高切削加工效率經驗。今年廠里努力推廣先進刀具，僅推廣可轉位刀具就提高生產效率30%。進而他們又刀具結構創新上下功夫，于株洲鉆石切削刀具股份有限公司合作開發先進刀具，還對老式設備進行改造以使用先進刀具來提高生產效率。最近他們又對全廠工藝配置進行了優化、加強管理、進行網絡編程切削過程計算機模擬等手段進一步提高生產效率。用王政總工藝師話說向另外70%時間要效益。減少非切削時間手段還很多，比如機外調刀、快速換刀、隨機測量、多工位加工、設置裝卸工位、采購可靠性高設備減少維修停機時間等等。

既要采用先進刀具，同時還要通過管理應用相關技術優化整個加工過程，實現高效加工最近切削理念第三個進步。
   使用先進刀具還應注意與加工設備合理匹配。我們曾提到好設備上用焊接刀具不匹配，而普通設備上一味追求用最好（也常常最貴）刀具同樣不合理，不少加工企業已發出進口刀具價格不堪重負呼聲。怎么辦？我們建議：進行刀具結構創新，改善刀具使用條件，合理選用刀具材料涂層，不要只盯著最好（最貴）刀具，提高生產效率部只有高性能刀具高速切削一條道。經過多年建設技術改造，一批國有、副分之民營刀具企業已開發出系列性能優良硬質合金材料涂層刀具，可以供加工企業按照具體情況合理地選用。再則刀具結構創新工藝方式改革，還有管理手段相關技術同樣提高生產效率有效手段。說得更明確一點就不要只盯著用最好刀具這一條道，當前更要重視切削應用技術向70%時間要效率。

   現國內轎車生產、模具制造、航空航天等領域還大量使用進口刀具。我國材料、涂層基礎技術刀具結構創新上與國外還有較大差距，趕超世界先進水平還任重道遠。但如果只看到這一點而忽視切削應用技術這個重要領域，無形就夸大了我們切削技術上與國外差距。我們要基礎技術應用技術并舉，當前應該從切削應用技術入手，刀具結構創新上下功夫，學會用好引進自行開發涂層技術先進刀具材料技術，綜合運用技術管理手段提高加工效率，加快趕超世界先進水平。

切削工具性能提高為高效高速加工發展提供了可能性

   如果需要達到高效高速加工，切削工具另外一個重要因素。當前切削工具材料發展，對加工需要創造了比較好條件，除了高速鋼、硬質合金以外，陶瓷、金屬陶瓷、超硬材料發展起到了重要作用。特別陶瓷、超硬材料，對高效高速加工發展提供了有力支持。更值得提及，1955年美國GE公司用高溫、高壓合成超硬材料取得成功，促使切削領域發生了重大變化。這個基礎上，很快出現了PCD、PCBN，為難加工材料切削、干切削、硬切削、超精密切削等加工創造了條件。

切削加工另一個方面，就表面技術切削工具上應用，PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學氣相沉積)不斷推陳出新，由單層發展成多層、千層、復合涂層，現又發展成納米涂層；涂層材料，從TiN發展為Al2O3、TiC、ZrO2、等，根據加工要求，為提高耐高溫性能，又發展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等。為了減少摩擦力，采用軟涂層，如沉積MoS2，又如德國Guehring公司采用Molyglide，這種涂層就以MoS2為主，它能減少切削摩擦系數。當然這要根據被加工件特點，分別地應用所需加工上。現涂層技術又發展到了超硬涂層(類金剛石、金剛石、立方氮化硼)，更使切削加工范圍拓寬。特別值得提到薄膜涂層發展成為厚膜，它不同于天然金剛石，具有各向同性，現已經國內外得到應用，部分取代了天然金剛石。現也已經解決了大顆粒單晶金剛石合成技術，這些變化對我國影響非常深遠，我國已經世界合成金剛石產量最多國家，這有利于我國發展高效加工技術。

   為了適應高效高速加工，輔助工具也十分重要手段，例如原來組合夾具機械加工心應用，為了提高其強度，已經從槽系發展成為孔系。目前比較典型EROWA3R組合工具應用，已經從電加工，發展到機械加工心上，不僅加快了節奏，更重要達到了高精度，這些工具從原來模具電加工發展到了切削加工領域。帶柄切削工具方面所需刀柄，也配合高效率、高精度切削加工過程發展了新型結構，例如液壓、塑料，現又廣泛采用熱裝刀柄，其夾緊精度明顯提高，達到2～3μm。現這種裝置已經成熟，例如德國ZOLLER公司已經將這樣裝置直接安裝對刀儀上，說明此項技術又向前推進了一步。工具進步為高效加工提供了有力支持。

作者: 有牟有 時間: 2012-2-28 23:07
收藏一下明天看 {:soso_e100:}

作者: 雪豹LZW 時間: 2012-2-29 11:17
謝謝樓主的分享，收藏了

作者: makino 時間: 2012-2-29 23:38
很好，收藏了。慢慢看。

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