從世界范圍看,我們正處于制造技術快速發(fā)展的時期滴图。切削加工作為制造技術的主要基礎工藝,隨著制造技術的發(fā)展碎员,在20世紀末也取得很大進步灸室,進入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法倾圣、提供成套技術為特征的發(fā)展新階段鹿鳖。它是制造業(yè)中重要工業(yè)部門,如汽車壮莹、航空航天翅帜、能源、軍事命满、模具涝滴、電子等的主要加工技術,也是這些工業(yè)部門迅速發(fā)展的重要因素胶台。因此歼疮,在制造業(yè)發(fā)達的美、德诈唬、日等國家保持著快速發(fā)展的勢頭韩脏。金屬切削刀具作為數控機床必不可少的配套工藝裝備,在數控加工技術的帶動下铸磅,已進入“數控刀具”的發(fā)展階段赡矢,顯示出“三高一專”(即高效率阅仔、高業(yè)度撑枯、高可靠性和專用化)的特點。
1.二十一世紀初切削加工技術發(fā)展的主要趨勢
∮蓟睢(1)高速切削將成為切削加工的新工藝
當前簇抑,以高速切削為代表的干切削、硬切削等新型切削工藝已經顯示出很多的優(yōu)點和強大的生命力匕磅,這是制造技術為提高加工效率和質量枢蜗、降低成本、縮短開發(fā)周期對切削加工提出的要求晃逞。因此箍颗,發(fā)展高速切削等新型切削工藝眉剿,促進制造技術的發(fā)展是現代切削技術發(fā)展最顯著的特點。當代的高速切削不只是切削速度的提高纲愁,而是需要在制造技術全面進步和進一步創(chuàng)新上(包括數控機床团何、刀具材料、涂層诫汇、刀具結構等技術的重大進步)司型,達到切削速度和進給速度的成倍提高,并帶動傳統切削工藝的變革和創(chuàng)新爽篷,使制造業(yè)整體切削加工效率有顯著的提高悴晰。
硬切削是高速切削技術的一個應用領域,即用單刃或多刃刀具加工淬硬零件逐工,它與傳統的磨削加工相比铡溪,具有效率高、柔性好泪喊、工藝簡單棕硫、投資少等優(yōu)點,已在一些應用領域產生較好的效果袒啼。在汽車行業(yè)饲帅,用CBN刀具加工20CrMo5淬硬齒輪(60RHC)內孔,代替磨削瘤泪,已成為國內外汽車行業(yè)推廣的新工藝灶泵。在模具行業(yè)用CBN刀具高速精銑淬硬鋼模具,采取小的走刀步距对途,中間不接刀赦邻,完成型面的精加工,大大減少了拋光的工作量锉寿,顯著縮短了模具的開發(fā)周期轻樟,已成為模具制造業(yè)的一項新工藝。在機床行業(yè)用CBN旋風銑精加工滾珠絲杠(64CRH)代替螺紋磨削泣虚,用硬質合金滾刀加工淬硬齒輪等都顯現出很強的生命力舟门。
(2)實現難加工材料加工技術的重大突破
長期以來坠痒,難加工材料如奧氏體不銹鋼锅星、高錳鋼、淬硬鋼选阔、復合材料家统、耐磨鑄鐵等一直是切削加工中的難題,不僅切削效率低坎扰,而且刀具壽命短斧壮。隨著制造業(yè)的發(fā)展,21世紀這些材料的用量將迅速增加纤悉,加工的矛盾將更加突出蔬咬。與此同時,產品的材料構成將不斷優(yōu)化沐寺,新的工程材料也不斷問世林艘,而每一種新型材料的采用都對切削加工提出了新的要求。如在切削加工比較集中的汽車工業(yè)芽丹,其發(fā)動機、傳動器零件中硅鋁合金的比例在持續(xù)增加卜朗,并開始引入鎂合金和新的高強度鑄鐵以減輕汽車重量拔第,節(jié)省能耗场钉。又如在航空航天工業(yè)蚊俺,逛万、鈦合金、鎳基合金以及超耐熱合金宇植、陶瓷等難加工材料的應用比例和加工難度也都將進一步增加,能否高效加工這些材料颗屏,直接關系到我國汽車奈揩、航空航天、能源等重要工業(yè)部門的發(fā)展速度和制造業(yè)整體水平卑托,也是對切削技術的最大挑戰(zhàn)。我們必須從21世紀初開始探索從根本上解決難加工材料大量使用及其品種性能多樣化帶來的世紀性難題势粱,創(chuàng)新加工技術腰燕,開發(fā)包括激光在內的新“刀刃”和加工方法。
∈惩痢(3)滿足制造業(yè)對切削加工新技術和新產品空前高漲的需求
進入21世紀以后衔帚,產品多樣化和個性化的趨勢將進一步加劇,制造業(yè)的產品更新速度也勢必大大加快医熊。每一種新產品的開發(fā)都意味著零件功能企鄙、結構业嗅、材料的重大變更倘谢,也是對切削加工提出新的開發(fā)任務唉侄。如螺桿泵、等速萬向節(jié)野建、底徑定心花鍵属划、機床一刀具新型HSK接口、航空工業(yè)整體鋁合金構件候生、電子工業(yè)印制線路板等產品同眯,無不反映著切削技術和刀具的成果。不僅如此唯鸭,當前利用切削加工的柔性及現代切削加工和刀具技術的成果须蜗,革新零件加工方法,也顯示出投入少目溉、產出大明肮、見效快的特點。正如在20世紀90年代新建的轎車發(fā)電機缭付、傳動器生產線上所集中展示的那樣:缸體孔系的整體硬質合金鉆削工藝柿估、曲軸的“車一車拉”工藝、缸蓋的金剛石高速銑削工藝陷猫、同步器齒輪的筒式拉削工藝等新的加工工藝撰绕,不僅使新建生產線的生產節(jié)拍加快,產品質量提高在轮,投資大量減少牺幻,充分顯示出切削加工的巨大潛力,而且給企業(yè)在21世紀投資新項目铣碴、革新現有加工方法秋豌、發(fā)揮切削加工特長、增加企業(yè)競爭實力方面作出了示范悼锻。這種背景下劲旗,制造業(yè)對切削加工新技術、新產品的需求在21世紀初將達到空前的高度透辜,這既是對切削技術的挑戰(zhàn)常孕,也是對我國制造行業(yè)傳統觀念的挑戰(zhàn)。
∈谷(4)迎接人類社會進步對切削加工的挑戰(zhàn)
高速切削派生的另一項新工藝是干切削逐会。20世紀末,人類社會在環(huán)境保護锰扶、生態(tài)平衡等方面獲得了高速共識献酗,并成為全球的共同行動綱領。當前,一個以降耗罕偎、節(jié)能很澄、節(jié)材、減廢颜及、有利于環(huán)境保護和人身健康的甩苛、實行清潔安全生產的“綠色工程”已在工業(yè)發(fā)達國家興起。實行“綠色工程”俏站,開發(fā)“綠色制造技術”是新世紀切削加工發(fā)展的重要課題讯蒲。切削加工中的切削液對環(huán)境的污染、對操作者健康的傷害肄扎,成為當前治理的重點墨林,但是對切削液所造成危害的治理增加了制造的成本,導致干切削新技術的開發(fā)犯祠,并出現了微量潤滑切削旭等、冷風切削等準干切削新工藝。當前倡導的干切削并不是簡單地把原有工藝中的切削液去掉峡哥,降低切削效率庭走,而是進行傳統切削工藝的重大變革蕴脯,為新世紀提供一種清潔烙昼、安全、高效的新工藝曼沐,這是對切削技術包括刀具材料泛红、涂層、結構的全面挑戰(zhàn)搏贤。而節(jié)省刀具材料的貴重金屬資源消耗麻镶,開發(fā)刀具重磨、回收等新技術也成為切削加工對人類文明和社會進步應盡的責任匿胎。
2.加快關鍵技術的開發(fā)應用
《丝(1)新型刀具材料的開發(fā)應用
刀具材料的發(fā)展是切削加工技術發(fā)展的首要因素。當前刀具材料的發(fā)展有兩個重要的趨勢:一是硬質合金刀具應用范圍繼續(xù)擴大公垒,碳氮化鈦基硬質合金(金屬陶瓷)新框、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队魏,包括鉆頭公般、立銑刀、絲錐等簡單通用刀具和齒輪滾刀胡桨、拉刀等精密復雜刀具官帘,使這一類刀具的切削速度有很大的提高。硬質合金將在刀具材料中占主導地位,覆蓋大部分常規(guī)的加工領域刽虹。二是超硬刀具材料的使用將明顯增加酗捌,隨著CBN韌性的進一步改善,它在切削刀具中的比例將有顯著的提高状婶。PCD和單晶金剛石是高新精密加工有色金屬意敛,陶瓷、玻璃膛虫、石墨等非金屬材料最佳的刀具草姻。隨著汽車、航空航天稍刀、電子撩独、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赔绒。
〗撤铩(2)涂層技術的開發(fā)應用
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衡孽,涂層刀具已經成為現代刀具的標志厂跋,在刀具中的比例已超過50%。在21世紀初谨寂,涂層刀具的比例將進一步增加猫降,有望在技術上突破CBN涂層技術,并且實用化脆携,使CBN的優(yōu)良性能在更多的刀具和切削加工中得到應用淫沧,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瞭核。此外院抛,納米級超薄、超多層涂層和氮化碳等新型涂層材料的開發(fā)應用速度將加快绎蒙,涂層將成為改善刀具性能的主要途徑染突。
(3)多功能及專用刀具的開發(fā)應用
為了發(fā)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(yōu)勢辈灼,提高加工效率份企,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,并淡化傳統的車茵休、銑薪棒、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限榕莺,是當前提高數控機床效率俐芯、加快產品開發(fā)的有效途徑棵介。為此,這也對刀具提出了多功能的新要求吧史,要求一種刀具能完成零件不同工序的加工邮辽,減少換刀次數,節(jié)省換刀時間贸营,以減少刀具的數量和庫存量吨述,有利于管理和降低制造成本。較潰兇的有多功能車刀钞脂、銑刀阅王、鏜銑刀、鉆銑刀狡煎、鉆一銑螺紋一倒角等刀具培扳。與此同時,在批量生產線上瞧纹,使用針對工藝需要開發(fā)的專用刀具或智能刀具硫薇,可以提高加工效率和精度,減少投資澳券。 有的專用刀具可將零件的加工時間降至原來的1/10以下但治,效果十分顯著。
3.加快觀念更新乎渊,攜手發(fā)展
∠拔堋(1)工具制造業(yè)要把為用戶提供成套切削加工技術、革新加工 方法作為發(fā)展方向和服務內容崭湾。隨著切削加工技術的進步赛邢,工具制造企業(yè)對參與并影響切削加工的因素有了更加科學的認識乏呐,并用于新產品猛蔽、新技術開發(fā),規(guī)格品種多達數萬個灵寺。面對日新月異的刀具材料曼库、涂層牌號、結構等的新產品和新技術略板,以及不斷涌現的各種加工難題毁枯,一般用戶很難正確地選擇和應用工具行業(yè)的新成果,以達到最佳的效果叮称。為此种玛,工具企業(yè)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”的經營軌道瓤檐,并根據自己產品的專業(yè)化方向赂韵,精通相應的切削工藝,不斷創(chuàng)新,開發(fā)新產品祭示。
∫蘼(2)切削刀具的用戶行業(yè)也要更新觀念,在加快采用數控機床的同時要加大對刀具的投入质涛,充分利用刀具在提高效率拭兢、降低成本、縮短交貨期胯炊、加快新產品開發(fā)中的作用孟掺。國外有數據表明,刀具費用占制度成本2.5%~4%回东,但它卻直接影響占制造成本20%的機床費用和38%的人工費用最勤,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%墓老。這說明使用好刀具會增加成本坚矢,但效率提高則會使機床費用和人工費用有很大的降低,這正是工業(yè)發(fā)達國家制造業(yè)所采取的經營策略之一辽蚀。讓工具行業(yè)這個專業(yè)力量及其成果如何更好地為企業(yè)發(fā)展和提高市場競爭力服務翁纵,是各廠家積極思考的問題。
∮韭洹(3)切削技術的發(fā)展要走機床沐恨、工具及產學研用緊密結合的發(fā)展出有路子,這是工業(yè)發(fā)達國家制造業(yè)婚被,也是工具行業(yè)正在走的發(fā)展道路狡忙,這些國家的做法反映了21世紀制造技術及切削加工發(fā)展的特點。
希望經過我國機床工具行業(yè)和制造業(yè)在21世紀初的共同努力址芯,為推動中國制造業(yè)的快速發(fā)展作出應有的貢獻灾茁。
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