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加快我国刀具关键技术的开发应用
2006年8月16日 10:34  来源:中国工具网  

    目前,我国切削加工与刀具技术的水平与工业发达国家比较落后约20年,缩小这个差距,光有工具行业的努力是不够的,还必须有用户行业增加对刀具的投入,充分利用刀具在提高效率、降低成本、缩短交货期、加快新产品开发中的作用。国外有数据明,刀具占制造成本为2.5%~4%,但它却直接影响占制造成本20%的机费用和38%的人工费用,因此,进给速度和切削速度每提高15%~20%可降低制造成本10%~15%。说明即使使用好的刀具会增加刀具的成本,但由于效率提高使机床费用和人工费用有很大的降低,这正是工业发达国家制造业所采取的经营策略之一。目前,我国由于普通机床及服役超期的机床占多数,加上人工费用较低,刀具对制造成本的影响到不了这个程度,但它投入少、见效快的特点很适合我国企业的现状,同样可以收到很好的效果。

    为了缩小与工业发达国家的差距,我国刀具企业必须努力加快关键技术的开发应用。

    加快新型刀具材料的开发

    回顾机械加工发展的历史,可以看出刀具材料的发展起着重大的推动作用。在21世纪初刀具材料的发展将有两个重要的趋势。一是硬质合金刀具应用范围继续扩大、碳氮化钛基硬质合金(金属陶瓷)、超细颗粒硬质合金、梯度结构硬质合金及硬质合金与高速钢两种粉末复合的材料等将代替相当一部分高速钢刀具,括钻头、立铣刀、丝锥等简单通用刀具和齿轮滚刀、拉刀等精密复杂刀具,高速钢刀具的比例进一步减少。这样,硬质合金将在刀具材料中占主导地位,覆盖大部分常规的加工领域。二是超硬刀具材料的使用将明显增加,CBN由于硬高度、化学稳定性好、热膨胀系数小、导热率高等优点,将成为高速加工黑色金属、难加工材料以及进行干切削、硬切削的主要刀具材料。随着其韧性的进一步改善,它在切削刀具中的比例将有很大的提高。此外,CBN还是对黑色金属实现超高速切削,突破C.Salomon提出的临界速度,从本质上改善切削过程最有希望的刀具材料。PCD和单晶金刚石是高效精密加工有色金属、陶瓷、玻璃、石墨等非金属材料最佳的刀具。随着汽车、航空航天、电子、军工等部门对这些材料需求的增加,PCD的应用也将更加广泛。

    加快涂层技术的开发

    刀具涂层技术自从问世以来,对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用,涂层刀具已经成为现代刀具的标志,在刀具中的比例已超过50%。在21世纪初,涂层刀具的比例将进一步增加,有望在技术上突破CBN涂层技术,并且实用化,使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用,甚至精密复杂刀具和成形刀具,这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外,纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快,涂层将成为改善刀具性能的主要途径。

    加快多功能及专用刀具的开发

    为了发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的数控加工技术的优势,提高加工效率,对复杂零件的加工要求在一次装夹中进行多工序的集中加工,并淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限,是当前提高数控机床效率、加快产品开发的有效途径。为此,也对刀具提出了多功能的新要求,要求一种刀具能完成零件不同工序的加工,减少换刀次数,节省换刀时间,还可减少刀具的数量和库存量,有利于管理和降低制造成本。较常见有多功能车刀、铣刀,还有镗铣刀、钻--铣螺纹--倒角等各种多功能刀具。与此同时,在批量生产线上,针对工艺需要开发的专用刀具或智能刀具,可以提高加工效率和精度,减少投资。有的专用刀具可将零件的加工时间降至原来的十分之一以下,效果十分显著。应用结构复杂、具有多刀组合并可自动进给或调整精度的专用刀具,已成为衡量生产线技术水平的重要因素。在上世纪90年代新建的轿车变速箱同步器齿轮加工线上,用筒式拉刀拉齿代替原来的插齿机,加工一个齿轮只要13秒。比原工艺提高几倍,产品质量稳定,还节省了厂房面积。开发通用的多功能刀具和针对用户需要的专用刀具应成为未来工具产品的重要组成部分。

    为用户提供成套切削技术

    工具制造业要加快观念更新,把用户提供成套切削加工技术、新加工方法作为发展方向和服务的内容。随着切削加工技术的进步,工具制造企业对参与并影响切削加工的因素有了更加科学的认识,并用于新产品、新技术开发,规格品种多达数万个。这对于一般用户来说,面对日新月异的刀具材料、涂层牌号、结构等的新产品和新技术,以及不断涌现的各种加工难题,很难正确地选择和应用工具行业的新成果,以达到最佳的效果。为此,工具企业要从现在以“卖刀具”为主走上为用户“提供成套切削技术,解决具体加工问题”的经营轨道,并根据自己产品的专业化方向,精通相应的切削工艺,不断创新开发新产品。另一方面,切削刀具的用户行业,要充分挖掘切削加工和刀具的潜力,提高产品的开发能力,利用工具行业这个专业力量及其成果为企业的发展和提高市场竞争力服务。

    此外,切削技术的发展要走机床、工具及产、学、研、用紧密结合的发展路子,这是工业发达国家制造业,也是工具行业,正在走的发展道路。根据德国科隆福特汽车公司的资料,在汽车工业中,汽车制造商、机床制造商、工具制造商和研究所或高校四方的共同工作存在于预研、开发、生产各个阶段,工具制造商所占的份额都在20%左右,以高速切削为例,德国的高速切削技术由协会牵头,以达姆斯塔特工业大学制造技术研究所为基地,由著名的工具厂、机床厂、汽车厂参加。与此相仿,美国由国家标准和技术研究所(NIST)与麦道公司、宾夕法尼亚大学等单位,研究高速铣削时切削过程的动态性能,以提高高速铣削的效率和加工精度。法国的高速切削技术革新开发项目的参加单位包括机床厂、汽车厂、国家技术研究所(Cetin)和大学,这些国家的做法反映了21世纪制造技术及切削加工的发展特点。

    

 
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