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    加快刀具關鍵技術的開發應用

    目前,我國切削加工與刀具技術的水平與工業發達國家比較落后約20年,縮小這個差距,光有工具行業的努力是不夠的,還必須有用戶行業增加對刀具的投入,充分利用刀具在提高效率、降低成本、縮短交貨期、加快新產品開發中的作用。國外有數據表明,刀具占制造成本為2.5%~4%,但它卻直接影響占制造成本20%的機床費用和38%的人工費用,因此,進給速度和切削速度每提高15%~20%可降低制造成本10%~15%。說明即使使用好的刀具會增加刀具的成本,但由于效率提高使機床費用和人工費用有很大的降低,這正是工業發達國家制造業所采取的經營策略之一。目前,我國由于普通機床及服役超期的機床占多數,加上人工費用較低,刀具對制造成本的影響到不了這個程度,但它投入少、見效快的特點很適合我國企業的現狀,同樣可以收到很好的效果為了縮小與工業發達國家的差距,我國刀具企業必須努力加快關鍵技術的開發應用。

    加快新型刀具材料的開發

    回顧機械加工發展的歷史,可以看出刀具材料的發展起著重大的推動作用。在21世紀初刀具材料的發展將有兩個重要的趨勢。一是硬質合金刀具應用范圍繼續擴大、碳氮化鈦基硬質合金(金屬陶瓷)、超細顆粒硬質合金、梯度結構硬質合金及硬質合金與高速鋼兩種粉末復合的材料等將代替相當一部分高速鋼刀具,包括鉆頭、立銑刀、絲錐等簡單通用刀具和齒輪滾刀、拉刀等精密復雜刀具,高速鋼刀具的比例進一步減少。這樣,硬質合金將在刀具材料中占主導地位,覆蓋大部分常規的加工領域。二是超硬刀具材料的使用將明顯增加,CBN由于硬高度、化學穩定性好、熱膨脹系數小、導熱率高等優點,將成為高速加工黑色金屬、難加工材料以及進行干切削、硬切削的主要刀具材料。隨著其韌性的進一步改善,它在切削刀具中的比例將有很大的提高。此外,CBN還是對黑色金屬實現超高速切削,突破C.Salomon提出的臨界速度,從本質上改善切削過程最有希望的刀具材料。PCD和單晶金剛石是高效精密加工有色金屬、陶瓷、玻璃、石墨等非金屬材料最佳的刀具。隨著汽車、航空航天、電子、軍工等部門對這些材料需求的增加,PCD的應用也將更加廣泛。

    加快涂層技術的開發

    刀具涂層技術自從問世以來,對刀具性能的改善和加工技術的進步起著非常重要的作用,涂層刀具已經成為現代刀具的標志,在刀具中的比例已超過50%。在21世紀初,涂層刀具的比例將進一步增加,有望在技術上突破CBN涂層技術,并且實用化,使CBN的優良性能在更多的刀具和切削加工中得到應用,甚至精密復雜刀具和成形刀具,這將全面提高加工黑色金屬的切削水平。此外,納米級超薄超多層和新型涂層材料的開發應用的速度將加快,涂層將成為改善刀具性能的主要途徑。

    加快多功能及專用刀具的開發

    為了發揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的數控加工技術的優勢,提高加工效率,對復雜零件的加工要求在一次裝夾中進行多工序的集中加工,并淡化傳統的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限,是當前提高數控機床效率、加快產品開發的有效途徑。為此,也對刀具提出了多功能的新要求,要求一種刀具能完成零件不同工序的加工,減少換刀次數,節省換刀時間,還可減少刀具的數量和庫存量,有利于管理和降低制造成本。較常見有多功能車刀、銑刀,還有鏜銑刀、鉆--銑螺紋--倒角等各種多功能刀具。與此同時,在批量生產線上,針對工藝需要開發的專用刀具或智能刀具,可以提高加工效率和精度,減少投資。有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的十分之一以下,效果十分顯著。應用結構復雜、具有多刀組合并可自動進給或調整精度的專用刀具,已成為衡量生產線技術水平的重要因素。在上世紀90年代新建的轎車變速箱同步器齒輪加工線上,用筒式拉刀拉齒代替原來的插齒機,加工一個齒輪只要13秒。比原工藝提高幾倍,產品質量穩定,還節省了廠房面積。開發通用的多功能刀具和針對用戶需要的專用刀具應成為未來工具產品的重要組成部分。

    為用戶提供成套切削技術

    工具制造業要加快觀念更新,把用戶提供成套切削加工技術、革新加工方法作為發展方向和服務的內容。隨著切削加工技術的進步,工具制造企業對參與并影響切削加工的因素有了更加科學的認識,并用于新產品、新技術開發,規格品種多達數萬個。這對于一般用戶來說,面對日新月異的刀具材料、涂層牌號、結構等的新產品和新技術,以及不斷涌現的各種加工難題,很難正確地選擇和應用工具行業的新成果,以達到最佳的效果。為此,工具企業要從現在以“賣刀具”為主走上為用戶“提供成套切削技術,解決具體加工問題”的經營軌道,并根據自己產品的專業化方向,精通相應的切削工藝,不斷創新開發新產品。另一方面,切削刀具的用戶行業,要充分挖掘切削加工和刀具的潛力,提高產品的開發能力,利用工具行業這個專業力量及其成果為企業的發展和提高市場競爭力服務。

    此外,切削技術的發展要走機床、工具及產、學、研、用緊密結合的發展路子,這是工業發達國家制造業,也是工具行業,正在走的發展道路。根據德國科隆福特汽車公司的資料,在汽車工業中,汽車制造商、機床制造商、工具制造商和研究所或高校四方的共同工作存在于預研、開發、生產各個階段,工具制造商所占的份額都在20%左右,以高速切削為例,德國的高速切削技術由協會牽頭,以達姆斯塔特工業大學制造技術研究所為基地,由著名的工具廠、機床廠、汽車廠參加。與此相仿,美國由國家標準和技術研究所(NIST)與麥道公司、賓夕法尼亞大學等單位,研究高速銑削時切削過程的動態性能,以提高高速銑削的效率和加工精度。法國的高速切削技術革新開發項目的參加單位包括機床廠、汽車廠、國家技術研究所(Cetin)和大學,這些國家的做法反映了21世紀制造技術及切削加工的發展特點。

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