中國制造業(yè)已發(fā)展成為國民經(jīng)濟的重要組成部分，制造業(yè)的工業(yè)增加值占GDP增加值的44.88%，中國已經(jīng)成為一個制造大國。但中國還不是一個制造強國做葵。據(jù)報道，中國的勞動生產(chǎn)率只有德國的1/18心墅，美國的1/23翠墩，日本的1/25。就拿刀具制造企業(yè)來說辖京，中國全國2004年的勞動生產(chǎn)率為14.1萬元人民幣帝匙，而山特維克工具的勞動生產(chǎn)率折合人民幣為130.8萬元，瓦爾特為134.8萬元克干，而肯納金屬的2005財年(從2004年7月1日至2005年6月30日)為136.6萬元反狞。從這些數(shù)據(jù)可以看到我們勞動力的絕對價格是比較低，但有時由于極低的勞動效率讽噪，往往分?jǐn)偟絾蝹€產(chǎn)品尤其是高附加值的產(chǎn)品的成本并不低跳清。因此，經(jīng)城保看到一些產(chǎn)品只有在勞動力密集的行業(yè)中才有狹小的生存空間客止。
        

圖1：組成加工成本的各種因素所占比例

        依靠低廉的勞動力取得的競爭優(yōu)勢是不會持久的。政府或勞動者都在為改善人民生活努力僻绸，而人民生活水平的提高需要勞動者收入的提高巾甲，這種提高就意味著勞動力成本的上升。如果不加以改進蛀醉，就會隨著生活水平的提高而漸漸喪失競爭能力悬襟。
        
        過去20年，中國的改革開放依靠增大投資滞欠、用市場換技術(shù)和低成本戰(zhàn)略取得了一些成果古胆，人民生活水平也獲得了有目共睹的提高。但隨之而來的筛璧，卻已經(jīng)出現(xiàn)中國大陸轎車的生產(chǎn)成本高于在美國底特律的生產(chǎn)成本逸绎，許多加工制造行業(yè)卻因市場競爭或政府限價，造成利潤下降甚至虧損夭谤。已經(jīng)到了必須重視加工效率棺牧，從而降低制造成本，提高競爭能力的時刻朗儒。
        
        為什么要通過提高加工效率而不是其它方法來降低制造成本和提高競爭能力呢颊乘？據(jù)有關(guān)資料，對組成加工成本的各種因素進行的分析表明：作為易耗品的刀具花費在產(chǎn)品制造總成本中僅占約4%醉锄，而主要的費用耗費在機床占用時間乏悄、企業(yè)管理和人工的成本（如圖1所示）。
        
        那么，我們向效率要收益的結(jié)果會如何呢褥辰？如果我們提高20%的切削速度构鸭，雖然可能帶來刀具成本增加50%，但由于占機時間的縮短力邻，機床費用旬性、管理費用、廠房折舊等都得到下降认平，總的加工成本反而下降將近15%抒崖。而根據(jù)資料，如果采用加大進給弃净、加大切深的同時輔以略微降低切削速度婉烈，我們可以在降低刀具成本的同時提高效率而降低成本，其成本的下降完全可以超過15%哟笨。不過由于刀具成本本身在加工費用中的比例較小蒙搅，總體成本下降的變化率并不明顯。
        
        實現(xiàn)高效加工母逸，對于提高企業(yè)的競爭力將有極大的幫助潘尿。可以降低制造成本徒溪，增加利潤忿偷、為自身的新品開發(fā)提供資金支持、為股東更多盈利臊泌、吸引優(yōu)秀員工為企業(yè)服務(wù)鲤桥；通過提高加工效率，我們還可以縮短制造周期渠概，從而實現(xiàn)快速制造茶凳，為自己的客戶創(chuàng)造價值，可以成為客戶供應(yīng)鏈中可信賴的環(huán)節(jié)播揪，并且加快資金周轉(zhuǎn)贮喧，降低財務(wù)費用。
        
        高效加工猪狈，可以通過在切削時間內(nèi)提高加工效率和減少非加工時間兩大途徑加以實現(xiàn)箱沦。
        

圖2：現(xiàn)代刀具材料

        一、提高切削效率
        
        切削加工本身具有三大要素：切削速度雇庙、進給率谓形、切削深度。我們說提高切削效率穆惩，其實質(zhì)就是提高金屬切除率柒谈。
        
        1． 提高切削速度
        
        提高切削速度是提高切削效率的一個非常有效的途徑穴阱。100年以來，經(jīng)過切削專家的不斷努力胖辨，主流刀具材料經(jīng)過了從高碳鋼坎市、高速鋼、硬質(zhì)合金氏石、涂層硬質(zhì)合金刀具等幾個階段，切削效率得到了極大的提高躁银。以一個直徑65mm愿航、長度1m的鋼件車削為例，100年以前大約耗時100分鐘蔑辽，而現(xiàn)在的主流加工方法大約只需要1分鐘身音。由于加工效率的提到，金屬加工業(yè)者也獲得了及其可觀的經(jīng)濟效益触尚。某閥門廠進行過一個閥門法蘭鉆孔的工藝改進叔收。該廠原長期使用高速鋼麻花鉆加工該法蘭上的螺栓孔，加工效率已經(jīng)成為其產(chǎn)能提高的瓶頸傲隶。但他們對于使用高效率的可轉(zhuǎn)位鉆頭心存疑慮饺律，因為可轉(zhuǎn)位鉆頭刀體的價格比他們正在使用的高速鋼鉆頭高十多倍，況且高速鋼鉆頭的可刃磨次數(shù)不多跺株，使用可轉(zhuǎn)位鉆頭的經(jīng)濟型也許不太理想复濒。在進行了一系列的試驗和分析后，我們看到由于切削效率的提高乒省，加工工時大大減少巧颈，分?jǐn)傇诿總€工件上的成本大大下降，刀具的消耗費用也有減少袖扛，在他們一個工作日上因此節(jié)約的加工成本就足以支付采購可轉(zhuǎn)位鉆頭刀體所需要的費用砸泛。
        
        刀具材料和涂層技術(shù)的發(fā)展，為提高加工效率蛆封，降低制造成本提供了技術(shù)保障唇礁。例如，根據(jù)肯納金屬提供的一份資料表明娶吞，在切削鋼件時采用其KC9110材質(zhì)將有可能對加工效率極有幫助：KC9110的中溫CVD和普通CVD組成的鍍層總厚度達到24μm垒迂，其中α相的氧化鋁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能優(yōu)越肖糖，而中溫CVD形成的TiCN極大地消除了在硬質(zhì)合金基體和氧化鋁膜層之間的脆弱的η相而提高了膜層的結(jié)合能力笨拯，從而可以大幅度提高切削速度；鈷加強的硬質(zhì)合金基材又對刀具的刃口韌性進行了增強睹蜈，從而提高了進給率：它的刃口還在涂層之后進行了拋光讶粹，從而降低切屑與刀片之間的摩擦着雪，減少粘結(jié)磨損的發(fā)生，提高刀具壽命贩仇。在美國某企業(yè)的加工實際中瞎励，由于切削速度和進給速度的同步提高，該工序的加工費用由原來的近3.7萬美元銳減到不足0.9萬美元切役，下降幅度超過75%蒜肥。
        
        另一個例子是肯納金屬商品名稱為 “賽龍”的須晶增韌陶瓷材料。這種陶瓷刀具材料的主要成分是Al2O3和ZrO2蕉妇，而用長徑比為20～200倍的SiC晶須進行增韌碟堵。這種須晶在陶瓷刀具受到扭矩載荷和裂紋擴展時能有效地起到牽制和阻撓的作用，而在載荷集中時也能夠起到均勻載荷的作用腹忽。在進行波音777發(fā)動機固定架的高溫銑削時来累，面對硬度為28HRC的鎳基合金，其切削速度高達1310m/min窘奏，進給速度在2000mm/min嘹锁，幫助企業(yè)將加工周期從45小時減少到14小時，從而大幅度提高了加工效率着裹。
        

圖3：進給量與表面粗糙度的關(guān)系（肯 納金屬提供）

        從圖2中我們則可以看到顆粒度對刀具性能的影響领猾。在銑削62HRC的淬硬材料時，細顆粒硬質(zhì)合金KC635M加工25min的刀具磨損與超細顆粒硬質(zhì)合金KC637M加工70min的刀具磨損相當(dāng)求冷，說明在加工硬材料方面瘤运，超細顆粒硬質(zhì)合金KC637M的耐磨性比細顆粒硬質(zhì)合金KC635M高將近3倍。
        
        在需要高轉(zhuǎn)速時注意刀具的動平衡是確保刀具可以以正常的切削速度進行加工的條件之一匠题。如果具有不平衡拯坟，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加一倍時，離心力將增加到原來的4倍韭山，這會迫使我們降低速度郁季，降低效率。因此在高轉(zhuǎn)速時我們要注意刀具的動平衡問題腻危。
        
        2． 提高進給速度
        
        采用修光刃技術(shù)進行大進給加工弹双，既可以提高加工效率，又可以在降低制造總成本雇法。
        
        銑削的大進給已經(jīng)存在很長時間了战辨，而車削類型的大進給則是近幾年來國際上技術(shù)領(lǐng)先的那些刀具供應(yīng)商都在大力推廣的一種新型技術(shù)。這種技術(shù)被普遍稱為“Wiper”技術(shù)嗜吉，它用一個短的直線或短的大半徑圓弧來聯(lián)結(jié)刀尖圓角和副切削刃莱火，從而降低已加工表面的粗糙度。使用這種技術(shù)能在維持原有生產(chǎn)節(jié)拍的條件下大幅度降低工件表面粗糙度的數(shù)值熄自，提高表面質(zhì)量驻碟；也可以在保持原來工件質(zhì)量的前提下大大減少加工時間仪从，提高加工效率。如圖3所示卸禽，紅色代表R0.8普通刀片所能達到的表面粗糙度潜狭，藍色代表使用Wiper刀片(MW槽形)所能的表面粗糙度『楦澹可以看出谭央，如果使用f＝0.63相同的進給率，普通R0.8刀片加工的工件表面粗糙度約16μm疟位，而Wiper刀片加工的工件表面粗糙度僅2.5μm如果用普通R0.8刀片要達到2.5μm的工件表面粗糙度需要將進給減少到約f=0.22诗茎。
        
        使用Wiper技術(shù)能在保證相同的表面質(zhì)量時使用更高的切削參數(shù)，這意味著生產(chǎn)效率的提高献汗。那么，Wiper技術(shù)的刀片還提供的另一種可能性王污，即在相同的進給率時能獲得更好表面質(zhì)量罢吃。如果我們原來需要半精加工，也許由于使用Wiper技術(shù)就可以不需要了昭齐。這就是我們在后面將要論述到的減少加工工序的問題尿招。
        
        目前國際上正在推行的所謂“高性能加工”則是銑削上使用大進給的典型代表（圖4(a)）。不少國際著名的刀具廠商都提供這樣的刀具阱驾。這類刀具普遍采用小的主偏角以降低徑向切削力對刀具變形的影響就谜，從而可以將非常大的進給用于實際加工，提高切削效率里覆。
        

圖4：a大進給銑削刀具丧荐；b三齒擴 孔刀具；c不可調(diào)節(jié)的擴孔刀具

        提高進給的另一個常用方法是通過使用更多齒數(shù)的刀具來提高進給速度哮瓦。刀片的進給率常常受刀片厚度的影響或表面質(zhì)量的要求而局限在某一個范圍內(nèi)圣辩，而采用密齒刀具或其它更多齒數(shù)的方法就可以在不改變切削速度和進給率的前提下提高進給速度。圖4中有兩種多齒擴孔刀具岛盗，(b)是山特維克可樂滿的三齒擴孔刀具匆罗，它對于常見的兩齒可調(diào)擴孔刀具而言可以增加50%的進給速度；(c)是肯納金屬用于汽車缸體加工的一把不可調(diào)節(jié)的擴孔刀具萄尽，它的齒數(shù)高達7個记辖，加工效率是常見的兩齒擴孔刀具的350%。
        
        3． 大切深加工
        
        大切深的加工對于提高加工效率同樣是非常有效的倡照。在加工余量比較大的場合苗圃，運用大切深加工可以有效減少走刀次數(shù)，從而提高金屬切除率啄崖。
        
        對于大切深而言笙吠，刀具的受力條件會惡化禀锋。大量的載荷集中作用在切削刃上，這對刀具的韌性提出了更高的要求轴座。因此禀综，這時的刀具材料應(yīng)有更高的韌性，刃口增加倒棱和倒圓苔严，刀體對刀片的支承定枷、夾持系統(tǒng)對刀桿的支持都必須得到加強。同時届氢，選擇合理的刀具幾何參數(shù)欠窒，如減少主偏角以避免切削載荷過分集中等，常常都是必須加以考慮的退子。
        
        大切深常常帶來大的切削功率需求岖妄，這一點我們在應(yīng)用時要注意機床和工藝系統(tǒng)的其它部分能否滿足其功率需求。同時寂祥，大切深加工對刀具結(jié)構(gòu)也有一定要求荐虐，如單面負型刀片要優(yōu)于雙面負型刀片，立裝刀片要優(yōu)于臥裝刀片等等丸凭，具體請向?qū)I(yè)刀具技術(shù)人員咨詢福扬。
        
        4． 交互作用
        
        下面的一個例子是通過同時提高切削速度和進給率來取得競爭優(yōu)勢的。刀具用戶原來使用的刀具是12個齒的銑刀惜犀，切削速度為257m/min铛碑，每齒進給0.13mm(每轉(zhuǎn)進給1.56mm)，刀片壽命為60件势纺。為該用戶提供的新的銑刀是8齒銑刀赦锰，每個刀片的價格還比原來的高26%，粗看沒有什么競爭優(yōu)勢演茂。但新的銑刀可以將切削速度提高到337m/min封均，進給率提高到0.22mm(每轉(zhuǎn)進給1.76mm)，兩者的交互作用使實際的加工效率提高的50%履剔。同時篇臭，新的銑刀的壽命比原來的刀具增加了50%。這個改進的結(jié)果轨来，是這個用戶每年可以因此節(jié)約約6.2萬美元肢抚。
        
        二、減少非加工時間
        
        在我們的生產(chǎn)制造過程中基霞，切削加工的時間所占的比例經(jīng)常是非常有限别主。據(jù)中國刀協(xié)的資料，即使一些生產(chǎn)任務(wù)非常飽滿阎瘩、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控化程度很高色罚、管理也比較先進的大型企業(yè)碰缔，在數(shù)控機床上的切削加工時間也不超過30%。因此戳护，如何減少非加工時間也是提高加工效率的一個重要方面金抡，這里作一個簡單的敘述：
        
        1． 減少加工工序
        
        有些時候使用合理的技術(shù)可以較少加工工序。如肯納金屬的SE鉆頭腌且，鉆孔的圓柱度比普通鉆頭提高很多梗肝，在一些場合可以免去擴孔工序；又如硬模具直接銑削铺董，可以大大減少加工工序巫击，縮短模具制造周期。有一個例子精续，是在鎳基合金上加工一個孔坝锰，原來使用定心鉆、高速鋼鉆頭和鉸刀三種切削工具分三個工序完成整個加工重付，現(xiàn)在使用K715硬質(zhì)合金(具有極高的強度和抗粘結(jié)磨損能力什黑，含鈷高達9.5%，未鍍層)制造的SE鉆頭境猜，不再需要中心鉆和鉸刀，鉆孔不再需要反復(fù)退刀寨衣，生產(chǎn)非常穩(wěn)定胸叠，孔的定位很好。更重要的是遇托，切削速度由原來的8.54m/min提高到22.88m/min债烹，刀具壽命從18孔提高到150孔 ，加工時間則從原來的54秒減少到5.1秒笔广，減少了超過90%的時間闪侨，加工效率得到驚人的提高。
        

圖5：a單面負型車刀灿西；b立裝車刀 圖6：粗鏜正向倒角挑明、反向倒角、精鏜一體化刀具

        2． 減少換刀時間
        
        減少換刀時間和換刀后的調(diào)整善婉、試切時間沪翔，也會對減少非加工時間有幫助。如普通的數(shù)控車床在小批輪番生產(chǎn)時更換工件后需要重新對刀并在數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置刀長和刀具補償抄瓦，而采用可樂滿的Capto或肯納的KM系統(tǒng)就能保證以后重新生產(chǎn)時不需要重新對刀潮瓶、設(shè)置刀長和偏置，可以減少換刀時間钙姊。這些刀具系統(tǒng)都是徑向毯辅、軸向埂伦、軸向全面高精度定位，可以確保每次裝夾后的尺寸一致性思恐≌疵眨肯納以數(shù)控車床每班平均需要換5把刀、工人一般3班倒壁袄、每周工作5天类早、每年工作46周、每小時工時費用為60美元為標(biāo)準(zhǔn)進行計算嗜逻，普通的換刀時間需要5分鐘涩僻，而肯納的KM換刀時間只需要半分鐘，每年節(jié)約的費用可以達到15,525美元栈顷。
        
        減少換刀時間的另一個途徑是運用合理的切削技術(shù)來延長刀具的壽命逆日。
        某些時候會發(fā)現(xiàn)刀具壽命特別短，這時也許并不是刀具本身的質(zhì)量有問題辐菩，而是對刀具的選擇不正確芭贬，或者使用方法有問題。這時处膛，需要聯(lián)系切削刀具專家坚呜，聽取他們的意見。
        
        材料力學(xué)里的彎曲變形規(guī)律是研究的一個刀具選擇參考方法胆抓。
        
        大部分刀具在使用時可以簡化成懸臂梁闸虹。而懸臂梁的變形由徑向載荷的大小、有效懸伸長度辽察、梁的材料彈性模量敌痴、梁的直徑有關(guān)。因此腰步，可以從減少徑向載荷溪臊、縮短有效懸伸、選擇高彈性模量的刀桿材料堆鸦、加大有效刀具直徑這四個方面著手镊鹊。比如有些用戶在選擇切削力不平衡的淺孔鉆時，只是考慮長徑比大的淺孔鉆的使用范圍更廣而選擇較大的長徑比烛芬，而忽略了長徑比大的淺孔鉆剛性非常弱霉旗，我們不得不降低切削速度和進給以避免刀具發(fā)生問題。而加工效率的降低往往就意味著經(jīng)濟效益的降低蛀骇。因此厌秒，尤其在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)該選擇盡可能小的長徑比。
        
        有時鸵闪，我們還可以選擇其它方法增強剛性檐晕，比如其它條件不變，簡支梁的剛性遠遠大于懸臂梁蚌讼。如果我們將刀具的支承方式轉(zhuǎn)化為簡支梁的方式辟灰，我們的加工效率就有可能獲得進一步的提高。
        
        3． 減少換刀次數(shù)
        
        刀具廠商開發(fā)了一些具有多種功能的刀具篡石，以應(yīng)付不同的加工需要芥喇。如伊斯卡、山高凰萨、肯納继控、瓦爾特等提供的八角刀片銑刀，能完成各種平面笤碍、倒角况饥、圓周插補、型腔粗銑等的加工支赖；肯納的A4車刀和伊斯卡的霸王刀荸冒，在車床上能完成雙向的車削、方形访跪、臺階等復(fù)雜的加工任務(wù)扬饰。
        
        4． 復(fù)合加工
        
        復(fù)合加工是指將多道工序集中加工，如鉆孔/擴孔/倒角/锪平面常常被復(fù)合化威，鉆孔/倒角/銑螺紋近來也多有復(fù)合班跟。
        
        圖6則是一種粗鏜、正向倒角醋躏、反向倒角、精鏜一體化刀具壤生。它的刀座可以作徑向移動擒买，這樣在其它工序處于工作直徑時非工作刀座的直徑較小，以確保不會對正常的加工刀具的工作造成干擾耀里。
        
        5． 減少工件裝夾時間
        
        通過合適的裝夾技術(shù)減少工件的因裝夾而停止的加工時間也是減少非加工時間的一種方式蜈缤。合適的機床附件可以做到這一點。臥式加工中心上的交換工作臺就是一種典型的減少因等待工件裝夾的停機的應(yīng)用冯挎。如近來一些機床廠商提供的車銑復(fù)合加工機床底哥、雄克等提供的快速裝夾技術(shù)，都可以有效減少工件的裝夾次數(shù)和裝夾時間房官，從而提高加工效率趾徽。在生產(chǎn)線上應(yīng)用隨行夾具也是一個減少工件裝夾時間的方法。
肯納飛碩金屬（上海）有限公司    楊曉

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