一抄瑟、中國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展和重點(diǎn)用戶行業(yè)對(duì)刀具的需求

　　中國(guó)制造業(yè)近年發(fā)展迅速咧欣。對(duì)刀具行業(yè)來說浅缸，這意味極大的市場(chǎng)。而在這種背景下近沐，中國(guó)低水平的制造成本是公認(rèn)的事實(shí)庵坛。從勞動(dòng)生產(chǎn)率看，有統(tǒng)計(jì)資料表明象瓤，中國(guó)和德恼睹、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比叨林，大約差距3-5倍狞衷。

　　如此大的市場(chǎng)，低水平的勞動(dòng)生產(chǎn)率料鲫，再加上制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展久耍，對(duì)刀具行業(yè)來說，既是機(jī)遇奥唯，更是挑戰(zhàn)捷夜。市場(chǎng)對(duì)刀具的需求，不僅是量的增長(zhǎng)商贾，更重要的是質(zhì)的提高非震。從用戶行業(yè)看，有七大行業(yè)對(duì)刀具的需求量最為顯著满哪。

　　其一是發(fā)電設(shè)備制造業(yè)婿斥。在全球能源供應(yīng)逐日緊張，石油價(jià)格持續(xù)上漲等背景下哨鸭，對(duì)發(fā)電設(shè)備的需求已越來越明顯民宿。在發(fā)電設(shè)備制造過程中，僅花在刀具部分的成本像鸡，就非郴钣ィ可觀。
 
　　模具制造業(yè)也是刀具用量最大的行業(yè)之一只估。在模具制造過程中志群，成型模、熱作模、冷作模锌云、塑模等幾乎所有環(huán)節(jié)中荠医，都需要用到刀具。此外桑涎，汽車彰莲、高速列車、一般機(jī)械制造業(yè)烈瘸、以及近年來逐漸擴(kuò)大用量的木材加工業(yè)泳疗，都已成為刀具行業(yè)的主要用戶。
 
　　航空航天業(yè)是最傳統(tǒng)的犹蝇、也是最為重要的刀具應(yīng)用領(lǐng)域菱泻。在該行業(yè)中，刀具一般用來切削飛機(jī)結(jié)構(gòu)件昵斤。這些結(jié)構(gòu)件一般體積較大肉扁，過去大量采用鋁合金。隨鈦合金困邪、復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大勃谎，對(duì)刀具加工的要求也越來越高。

　　作為國(guó)家重點(diǎn)扶持工業(yè)之一业馒，近年來慷境，政府已投入大量資金用於航空航天業(yè)大型客機(jī)的研發(fā)。這些研發(fā)是方方面面的蛾趣，我們抽出與刀具有關(guān)的方面來分析冗懦，重研討結(jié)構(gòu)件材料的使用。從最新的波音787機(jī)身可以看出仇祭，過去大量采用鋁合金直接覆蓋的方法已逐漸被舍棄披蕉，取而代之的是復(fù)合材料的直接鋪設(shè)和纏繞。此外乌奇，鈦合金的用量也在增加没讲。與過去相比，新的方法可大大降低飛機(jī)重量礁苗，節(jié)省燃油和能耗爬凑，對(duì)大型客機(jī)來說，這一點(diǎn)尤其重要试伙。

    鈦合金是公認(rèn)的難加工材料嘁信。只需要鋪設(shè)和纏繞的復(fù)合材料看似不需要很大的加工量，但是對(duì)加工質(zhì)量的要求卻越來越高疏叨。對(duì)刀具行業(yè)來說吱抚，這都是不小的挑戰(zhàn)百宇。

　　除了機(jī)身結(jié)構(gòu)件外，對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的加工也是一個(gè)難點(diǎn)狱林。發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用難加工材料制成，形狀復(fù)雜涛帐，需要切槽鉆孔衙到、葉片加工等工序，對(duì)刀具的實(shí)際切削效果要求非常高梯匠。此外贱避，為滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量要求，一般情況下都選用整體件來加工扶绒，但是事實(shí)上90%以上的材料都將被切除掉疙汁。加工量大，對(duì)加工效率要求極高幅之。

二语哺、切削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　從刀具發(fā)展歷程看，從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期刑炎，刀具材料以高速鋼為主要代表忽仗；1927年德國(guó)首先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用；二十世紀(jì)50年代浦译，瑞典和美國(guó)分別合成出人造金剛石棒假，切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期。二十世紀(jì)70年代精盅，人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石(PCD)帽哑，解決了天然金剛石數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴的問題叹俏，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空妻枕、航天、汽車她肯、電子佳头、石材等多個(gè)領(lǐng)域。

　　刀具材料的選擇是切削加工成功的基礎(chǔ)晴氨。與硬質(zhì)合金相比康嘉，PCD刀具速度可達(dá)4000 m/min，而硬質(zhì)合金只有其1/4籽前。從壽命上看亭珍，PCD刀具一般能提高20倍。從加工出的表面質(zhì)量看枝哄，PCD的效果比硬質(zhì)合金要好30%-40%稿服。此外，CBN(立化氮化硼)超硬材料刀具和表面涂層刀具的發(fā)展對(duì)推動(dòng)切削加工技術(shù)的進(jìn)步也功不可沒。

　　100多年來舀闻，刀具的切削速度不斷提高菜缭，帶來了加工效率的變化，進(jìn)一步帶來了加工范圍的拓展手霎。切削加工發(fā)展的最大標(biāo)志宪郑，就是高速切削加工(high speed cutting，簡(jiǎn)稱HSC)的發(fā)展杖进。

　　一個(gè)高速切削加工系統(tǒng)所涉及的方面很多袁垄。僅從加工過程上看，傳統(tǒng)的切削加工隧庐，一個(gè)被加工工件如模具鼓临，需要經(jīng)過毛坯退火—粗加工—精加工—淬火—EDM準(zhǔn)備—電火花加工—特別的精加工—人工拋光等程序。而高速加工僅需要毛坯的淬火— 粗加工—半精加工—精加工以及超精加工等環(huán)節(jié)士袜，從步驟上來說角黍，就減少了三個(gè)，加工時(shí)間比傳統(tǒng)加工方法縮短30%-50%左右该肴；在加工小尺寸部件時(shí)情竹，這種優(yōu)勢(shì)尤其明顯。更有甚者匀哄，過去某些企業(yè)制作復(fù)雜的模具秦效，基本上都需要3、4個(gè)月才能交付使用涎嚼，采用高速切削加工後阱州，只需要半個(gè)月便可完成。

　　一個(gè)高速切削加工系統(tǒng)法梯，由刀具和技術(shù)兩部分組成苔货。與刀具相關(guān)的因素有刀具材料的選擇、刀具系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)立哑、刀具需加工的邊緣形狀夜惭。而與技術(shù)密切相關(guān)的是CAD/CAM系統(tǒng)的選擇、刀具加工路徑的規(guī)劃铛绰、切削參數(shù)的設(shè)置以及冷卻與潤(rùn)滑環(huán)節(jié)诈茧。

　　自高速切削普及以來，從1950年至2000年的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)丈巩，加工效率提高了4-5倍粗线。當(dāng)然，需要提到的是超丛，高速切削一般是由其加工物件來定義其“高速”的范圍蚂霎。

　　刀具在全部加工成本中所占比重并不大竣恃。我們以汽車業(yè)某制造過程為例來分析：機(jī)床等設(shè)備投資占總成本35%；設(shè)備工作時(shí)的能耗占7%贷挠；企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)成本占27%筝驱；冷卻及潤(rùn)滑成本占17%；直接人工占9% 棠镇；刀具占4%焊轴。無獨(dú)有偶，機(jī)床加工鋁合金工件的批量生產(chǎn)成本中亭郑，冷卻及潤(rùn)滑占16%；刀具4%辽乎；其他加工成本占80%媳谁。可以看出友酱，刀具在整個(gè)成本中晴音，僅占了極小的一部分。但是缔杉，不可忽視的是锤躁，這4%成本的刀具，卻可能影響到10%-15%的整體加工效率或详。

　　對(duì)刀具來說系羞，最關(guān)鍵的因素有三個(gè)，成本霸琴、壽命椒振、效率。有實(shí)驗(yàn)表明梧乘，若刀具成本降低30%澎迎，整體成本大約降低1%；若提高50%的刀具壽命选调，整體成本大約降低1%夹供；但是，若盡可能的優(yōu)化切削參數(shù)臭呀，提高20%的刀具加工效率喂磷，那麼，每一個(gè)工件整體成本能降低15%以上币遮。

　　當(dāng)然笑敷，要全面提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，不僅應(yīng)通過高速切削減少工件的切削加工時(shí)間躏印，還需大力壓縮加工輔助時(shí)間(含機(jī)床調(diào)整嫁商、程序運(yùn)行檢查屁诬、空行程、起制動(dòng)空運(yùn)轉(zhuǎn)捏趴、工件上下料和裝夾给惠、換刀等時(shí)間)、待機(jī)時(shí)間和故障停機(jī)時(shí)間筑唁，因?yàn)樵诙嗥贩N小批量生產(chǎn)條件下拌喳，機(jī)床的有效切削時(shí)間一般只占其全部工時(shí)的25%-35%〗确梗可見渤早，除高速切削外，如何更加有效的加工瘫俊，是制造業(yè)面臨的重要課題之一鹊杖。

　　目前，綠色加工技術(shù)已成為全球的熱點(diǎn)扛芽，這個(gè)綠色骂蓖，包括了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保川尖、高效登下。從環(huán)保角度看，一方面是高速高效加工帶來能耗的降低叮喳，另一方面被芳，冷卻液與潤(rùn)滑液的選擇是非常關(guān)鍵。如上所述嘲更，冷卻液的成本在整體成本中所占比例頗高筐钟，達(dá)到16%左右。潤(rùn)滑與冷卻的效果與整體的加工效率也非常相關(guān)赋朦，尤其是對(duì)難加工材料咳讲，如鈦合金，切削到一定程度後线盔，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s灸颜。隨高速切削的發(fā)展，冷卻液澆注時(shí)柄童，刀具經(jīng)常出現(xiàn)熱裂的情況拇从，導(dǎo)致刀具壽命降低，這一點(diǎn)需要改進(jìn)免趋。

　　總之赠恭，在加工技術(shù)中，高精度蔬透、高效率棱歹、低成本祠烁、環(huán)保，及結(jié)果的可預(yù)見性馁梁，都將是明顯的趨勢(shì)饰吕。這個(gè)可預(yù)見性，是指加工結(jié)果必須是可預(yù)測(cè)的隔心、可控制的白群，而不是隨機(jī)的。這就要求操作者對(duì)加工技術(shù)有更深的理解硬霍。

三帜慢、對(duì)現(xiàn)代制造方式的探討

　　何謂現(xiàn)代制造？首先是硬件方面的現(xiàn)代唯卖，這包括先進(jìn)的機(jī)床崖堤、數(shù)控加工系統(tǒng)、先進(jìn)刀具的使用耐床；在軟件方面，一是冷卻及潤(rùn)滑技術(shù)及條件的改進(jìn)楔脯，二是切削參數(shù)的優(yōu)化(即加工技術(shù)的優(yōu)化)撩轰。我國(guó)航空航天業(yè)，政府投資購(gòu)進(jìn)了大量國(guó)際先進(jìn)設(shè)備昧廷，但是發(fā)現(xiàn)仍然不能實(shí)現(xiàn)很好的高效加工堪嫂。經(jīng)過反覆實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是軟件方面需要做出改進(jìn)姚熊〔颍可見，現(xiàn)代制造不僅僅需要投資大量先進(jìn)儀器設(shè)備红最，更應(yīng)該在知識(shí)及先進(jìn)技術(shù)方面更好地武裝诲狐。

　　切削參數(shù)方面的調(diào)整，在不同企業(yè)有不同做法拟艳，是見仁見智的事情喧畏，這里就不再贅述。從刀具本身來說悦浙，最重要的愤栽，是提高刀具的使用壽命。如上所述挟七，刀具使用壽命與冷卻潤(rùn)滑的條件與方式息息相關(guān)齿喧。高速切削同時(shí)促進(jìn)了綠色的冷卻/潤(rùn)滑技術(shù)。這里介紹一項(xiàng)關(guān)於冷卻潤(rùn)滑的新技術(shù)相贺。如果把氮?dú)饧由侠涞挠挽F潤(rùn)滑(10°C以下)轻欣，可提高刀具壽命10倍省咨。同時(shí)，可提高加工效率诸迟，減少污染茸炒，提高表面加工質(zhì)量。

　　加工時(shí)產(chǎn)生的偏差阵苇，直接影響工件的切削加工質(zhì)量壁公。導(dǎo)致加工偏差的因素很多，比如工件內(nèi)應(yīng)力的分布(INNER STRESS)绅项，工件的安裝與夾緊紊册，工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，刀具變形程度快耿，機(jī)床的精度囊陡、剛度與熱特性，工件受力變形掀亥，工件熱變形等撞反。

　　舉例來說，在對(duì)飛機(jī)部件進(jìn)行高速高效高精加工搪花，以實(shí)現(xiàn)薄壁整體式結(jié)構(gòu)時(shí)遏片，為避免發(fā)生加工偏差，最重要的是保證低切削力岛牺，低熱偏差辫慎，及更高的材料移動(dòng)率。對(duì)應(yīng)零件的剛度施以相應(yīng)的銑削力涮愧，也是加工時(shí)需要注意的關(guān)鍵問題叶偶。

　　綜上所述，中國(guó)制造業(yè)正面臨一個(gè)超大市場(chǎng)需求订搏，同時(shí)低勞動(dòng)力成本锯运，低生產(chǎn)率水平，技術(shù)的不斷進(jìn)步巨揪，都給我們帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)稻蒂。不可否認(rèn)，高質(zhì)量涂嫡、高效率秒牙、低成本以及環(huán)保都是現(xiàn)代制造的趨勢(shì)。同時(shí)抬泛，提高生產(chǎn)效率也就意味經(jīng)濟(jì)上的更多考慮攻臀。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造，需要在硬件和軟件上同時(shí)下功夫纱昧，這包括投資先進(jìn)的機(jī)床刨啸、數(shù)控加工堡赔、先進(jìn)的刀具，也包括切削參數(shù)的優(yōu)化设联、冷卻及潤(rùn)滑條件的改進(jìn)善已。

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