高速高效切削與加工理念

把刀用好

      制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國已經(jīng)成為世界加工場，可我國制造業(yè)人均勞動(dòng)生產(chǎn)率與美、歐、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家地區(qū)相比還有很大差距，只為歐、美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)國家二十分之一左右。根據(jù)國機(jī)床工業(yè)年鑒提供數(shù)據(jù)，我國工具行業(yè)2004年全員勞動(dòng)生產(chǎn)率為人民幣39,366元，人均利潤6,750元。遠(yuǎn)低于國外工具企業(yè)上百萬元人民幣年人均勞動(dòng)生產(chǎn)率。刀具切削技術(shù)落后機(jī)械制造業(yè)勞動(dòng)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(qiáng)國，國刀協(xié)從國切削工作者歷史責(zé)任高度提出了發(fā)展切削技術(shù)、建設(shè)制造強(qiáng)國宏偉目標(biāo)。
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- ?  J' I0 A: P3 V8 {      當(dāng)前切削刀具及相關(guān)技術(shù)發(fā)展日新月異，近年來數(shù)控技術(shù)刀具技術(shù)共同推動(dòng)下切削加工進(jìn)入了高速切削階段。近年刀具材料涂層技術(shù)有了很大發(fā)展，如PCD、CBN超硬刀具陶瓷刀具使用范圍不斷擴(kuò)大，作為當(dāng)前高速切削主力軍涂層硬質(zhì)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(chǎn)效率提高了50%至一倍。高速切削有一個(gè)特點(diǎn)，就當(dāng)切削速度上升到一定程度時(shí)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(shí)由于切屑帶走了大部分熱量甚至工件溫升也會(huì)減小。不過受刀具材料性能限制后一現(xiàn)象目前只用PCD刀具加工鋁合金軟質(zhì)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。
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現(xiàn)代加工刀具費(fèi)用一般只占制造成本3~4%，但它對(duì)總制造成本影響卻要大得多。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代機(jī)械加工企業(yè)從控制加工成本出發(fā)制訂刀具消耗定額進(jìn)行成本控制，我們也曾提到有些企業(yè)高效率進(jìn)口設(shè)備上使用低性能焊接刀具，不能發(fā)揮設(shè)備性能反而造成更大浪費(fèi)事實(shí)。有人計(jì)算過生產(chǎn)效率提高20%，制造成本降低15%，現(xiàn)多數(shù)企業(yè)都算過這筆帳了，加大刀具投入用高速切削提高生產(chǎn)效率以降低總生產(chǎn)成本，切削理念一次進(jìn)步。

' x9 Q  C, r- i: s0 t      先進(jìn)刀具有三大技術(shù)基礎(chǔ)：材料、涂層結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。高速切削刀具主要依賴刀具材料涂層技術(shù)進(jìn)步。高速切削可提高切削效率但不唯一手段。刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(dá)到3.5mm，Seco公司復(fù)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(jìn)步更具有說服力，曲軸車?yán)栋l(fā)明成十倍地提高了曲軸加工效率。現(xiàn)又出現(xiàn)了效率更高曲軸高速銑刀，一次走刀就可完成七個(gè)主軸頸加工。東風(fēng)汽車公司量刃具廠已經(jīng)成功地為國內(nèi)汽車廠開發(fā)了曲軸車?yán)陡咚巽姷恫⒊晒τ糜谏a(chǎn)。上世紀(jì)八九十年代成都工具研究所涂層、材料單項(xiàng)技術(shù)都不占優(yōu)勢情況下，憑借自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)刀具設(shè)計(jì)工藝技術(shù)，加上涂層、材料刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)綜合運(yùn)用，高強(qiáng)度石油管螺紋刀具上實(shí)現(xiàn)了對(duì)國外知名企業(yè)一次成功超越。還有許多例子都說明刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(jìn)行高速切削。目前我們刀具材料涂層技術(shù)與國外還有較大差距情況下，注重刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新內(nèi)各種手段實(shí)現(xiàn)高速切削，切削理念又一次進(jìn)步。
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2 }' y" l& U2 Z+ r* c/ \9 R- J. X      運(yùn)用先進(jìn)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(shí)間所大大沖淡，二加工設(shè)備不太先進(jìn)情況下先進(jìn)刀具費(fèi)用不堪重負(fù)。日本MARZAK公司說他們加工心只有百分之三十時(shí)間為公司創(chuàng)造效益。東方汽輪機(jī)廠進(jìn)口瑞士加工心上自動(dòng)記錄切削時(shí)間也只有30%左右。切削技術(shù)不斷發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)不斷深化：提高加工效率努力只靠高性能刀具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，通過切削應(yīng)用技術(shù)提高切削生產(chǎn)效率潛力還很大。
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      切削過程十分復(fù)雜，加上切削過程受大量隨機(jī)因素影響很難簡單地用一些公式定理準(zhǔn)確地描述。但金屬切削作為一門傳統(tǒng)技術(shù)有其自身規(guī)律并可以把握，關(guān)鍵要用好用活切削技術(shù)解決實(shí)際問題。配合國刀協(xié)20工程我們請工具行業(yè)資深專家趙炳楨研究院編寫了刀具應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教材。我們目標(biāo)為企業(yè)培訓(xùn)了解現(xiàn)代化切削技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)最新發(fā)展，懂得切削應(yīng)用技術(shù)基本理念并能夠運(yùn)用以上技術(shù)思路解決實(shí)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(jìn)一步提高切削加工效率只靠先進(jìn)刀具不夠。我們還應(yīng)該掌握運(yùn)用與切削過程相關(guān)技術(shù)，全面提高生產(chǎn)效率。
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: k  r4 i6 d3 Z7 C* O+ }5 }! ?/ |      2009年5月廈門舉行2005國刀協(xié)工作會(huì)議上，東方汽輪機(jī)廠介紹了綜合運(yùn)用切削應(yīng)用技術(shù)，全面提高切削加工效率經(jīng)驗(yàn)。今年廠里努力推廣先進(jìn)刀具，僅推廣可轉(zhuǎn)位刀具就提高生產(chǎn)效率30%。進(jìn)而他們又刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上下功夫，于株洲鉆石切削刀具股份有限公司合作開發(fā)先進(jìn)刀具，還對(duì)老式設(shè)備進(jìn)行改造以使用先進(jìn)刀具來提高生產(chǎn)效率。最近他們又對(duì)全廠工藝配置進(jìn)行了優(yōu)化、加強(qiáng)管理、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程切削過程計(jì)算機(jī)模擬等手段進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。用王政總工藝師話說向另外70%時(shí)間要效益。減少非切削時(shí)間手段還很多，比如機(jī)外調(diào)刀、快速換刀、隨機(jī)測量、多工位加工、設(shè)置裝卸工位、采購可靠性高設(shè)備減少維修停機(jī)時(shí)間等等。

) N/ c7 K% b0 x$ o+ P  S! A既要采用先進(jìn)刀具，同時(shí)還要通過管理應(yīng)用相關(guān)技術(shù)優(yōu)化整個(gè)加工過程，實(shí)現(xiàn)高效加工最近切削理念第三個(gè)進(jìn)步。
      使用先進(jìn)刀具還應(yīng)注意與加工設(shè)備合理匹配。我們曾提到好設(shè)備上用焊接刀具不匹配，而普通設(shè)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(yè)已發(fā)出進(jìn)口刀具價(jià)格不堪重負(fù)呼聲。怎么辦？我們建議：進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)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(chǎn)效率部只有高性能刀具高速切削一條道。經(jīng)過多年建設(shè)技術(shù)改造，一批國有、副分之民營刀具企業(yè)已開發(fā)出系列性能優(yōu)良硬質(zhì)合金材料涂層刀具，可以供加工企業(yè)按照具體情況合理地選用。再則刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新工藝方式改革，還有管理手段相關(guān)技術(shù)同樣提高生產(chǎn)效率有效手段。說得更明確一點(diǎn)就不要只盯著用最好刀具這一條道，當(dāng)前更要重視切削應(yīng)用技術(shù)向70%時(shí)間要效率。

) W: m8 R/ T. k  @7 g/ I; R$ `      現(xiàn)國內(nèi)轎車生產(chǎn)、模具制造、航空航天等領(lǐng)域還大量使用進(jìn)口刀具。我國材料、涂層基礎(chǔ)技術(shù)刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上與國外還有較大差距，趕超世界先進(jìn)水平還任重道遠(yuǎn)。但如果只看到這一點(diǎn)而忽視切削應(yīng)用技術(shù)這個(gè)重要領(lǐng)域，無形就夸大了我們切削技術(shù)上與國外差距。我們要基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用技術(shù)并舉，當(dāng)前應(yīng)該從切削應(yīng)用技術(shù)入手，刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上下功夫，學(xué)會(huì)用好引進(jìn)自行開發(fā)涂層技術(shù)先進(jìn)刀具材料技術(shù)，綜合運(yùn)用技術(shù)管理手段提高加工效率，加快趕超世界先進(jìn)水平。

切削工具性能提高為高效高速加工發(fā)展提供了可能性
  u, \& i, ^0 B" f: L2 {# j/ J
: D: ^$ v/ K9 G' g1 D9 D      如果需要達(dá)到高效高速加工，切削工具另外一個(gè)重要因素。當(dāng)前切削工具材料發(fā)展，對(duì)加工需要?jiǎng)?chuàng)造了比較好條件，除了高速鋼、硬質(zhì)合金以外，陶瓷、金屬陶瓷、超硬材料發(fā)展起到了重要作用。特別陶瓷、超硬材料，對(duì)高效高速加工發(fā)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(lǐng)域發(fā)生了重大變化。這個(gè)基礎(chǔ)上，很快出現(xiàn)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(chuàng)造了條件。
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/ ]- x( a; @5 ]5 U, p# Y- E切削加工另一個(gè)方面，就表面技術(shù)切削工具上應(yīng)用，PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學(xué)氣相沉積)不斷推陳出新，由單層發(fā)展成多層、千層、復(fù)合涂層，現(xiàn)又發(fā)展成納米涂層；涂層材料，從TiN發(fā)展為Al2O3、TiC、ZrO2、等，根據(jù)加工要求，為提高耐高溫性能，又發(fā)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(shù)。當(dāng)然這要根據(jù)被加工件特點(diǎn)，分別地應(yīng)用所需加工上。現(xiàn)涂層技術(shù)又發(fā)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(fā)展成為厚膜，它不同于天然金剛石，具有各向同性，現(xiàn)已經(jīng)國內(nèi)外得到應(yīng)用，部分取代了天然金剛石。現(xiàn)也已經(jīng)解決了大顆粒單晶金剛石合成技術(shù)，這些變化對(duì)我國影響非常深遠(yuǎn)，我國已經(jīng)世界合成金剛石產(chǎn)量最多國家，這有利于我國發(fā)展高效加工技術(shù)。

0 h9 ?6 M: B! o- o+ U9 u      為了適應(yīng)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(jī)械加工心應(yīng)用，為了提高其強(qiáng)度，已經(jīng)從槽系發(fā)展成為孔系。目前比較典型EROWA3R組合工具應(yīng)用，已經(jīng)從電加工，發(fā)展到機(jī)械加工心上，不僅加快了節(jié)奏，更重要達(dá)到了高精度，這些工具從原來模具電加工發(fā)展到了切削加工領(lǐng)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(fā)展了新型結(jié)構(gòu)，例如液壓、塑料，現(xiàn)又廣泛采用熱裝刀柄，其夾緊精度明顯提高，達(dá)到2～3μm。現(xiàn)這種裝置已經(jīng)成熟，例如德國ZOLLER公司已經(jīng)將這樣裝置直接安裝對(duì)刀儀上，說明此項(xiàng)技術(shù)又向前推進(jìn)了一步。工具進(jìn)步為高效加工提供了有力支持。

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有牟有

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雪豹LZW

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makino

很好，收藏了。慢慢看。