（一）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

　　從世界范圍觀察中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展约粒，相關(guān)國(guó)家近些年制造業(yè)的平均增速如圖1所示降井。

圖1：相關(guān)國(guó)家制造業(yè)的近年增速對(duì)比圖（縱坐標(biāo)為年平均增速百分比）

　　由此圖可以看出镊迟，中國(guó)制造業(yè)近年發(fā)展迅速。對(duì)刀具行業(yè)來(lái)說隘吆，這意味極大的市場(chǎng)箭溜。而在這種背景下，中國(guó)低水平的制造成本是公認(rèn)的事實(shí)晕石。從勞動(dòng)生產(chǎn)率看桦陨，有統(tǒng)計(jì)資料表明，中國(guó)和德据途、美绞愚、日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，大約差距3-5倍昨凡。

　　如此大的市場(chǎng)爽醋，低水平的勞動(dòng)生產(chǎn)率蚁署，再加上制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)刀具行業(yè)來(lái)說蚂四，既是機(jī)遇光戈，更是挑戰(zhàn)。市場(chǎng)對(duì)刀具的需求遂赠，不僅是量的增長(zhǎng)久妆，更重要的是質(zhì)的提高。從用戶行業(yè)看跷睦，有七大行業(yè)對(duì)刀具的需求量最為顯著筷弦。

　　其一是發(fā)電設(shè)備制造業(yè)粟宣。在全球能源供應(yīng)逐日緊張遇托，石油價(jià)格持續(xù)上漲等背景下牧俩，對(duì)發(fā)電設(shè)備的需求已越來(lái)越明顯朽色。在發(fā)電設(shè)備制造過程中挽钧，僅花在刀具部分的成本雏吭，就非匙劢纾可觀咬跷。

　　模具制造業(yè)也是刀具用量最大的行業(yè)之一仅犬。在模具制造過程中盆述，成型模、熱作模案哄、冷作模霜铸、塑模等幾乎所有環(huán)節(jié)中，都需要用到刀具沐亏。此外灌大，汽車、高速列車尤痒、一般機(jī)械制造業(yè)曾谁、以及近年來(lái)逐漸擴(kuò)大用量的木材加工業(yè)，都已成為刀具行業(yè)的主要用戶悔叽。

　　航空航天業(yè)是最傳統(tǒng)的莱衩、也是最為重要的刀具應(yīng)用領(lǐng)域。在該行業(yè)中娇澎，刀具一般用來(lái)切削飛機(jī)結(jié)構(gòu)件笨蚁。這些結(jié)構(gòu)件一般體積較大，過去大量采用鋁合金趟庄。隨鈦合金括细、復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)刀具加工的要求也越來(lái)越高。

　　作為國(guó)家重點(diǎn)扶持工業(yè)之一奋单，近年來(lái)锉试，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)是方方面面的览濒，我們抽出與刀具有關(guān)的方面來(lái)分析呆盖，重研討結(jié)構(gòu)件材料的使用。從最新的波音787機(jī)身可以看出贷笛，過去大量采用鋁合金直接覆蓋的方法已逐漸被舍棄应又，取而代之的是復(fù)合材料的直接鋪設(shè)和纏繞。此外石被，鈦合金的用量也在增加鲜映。與過去相比，新的方法可大大降低飛機(jī)重量低吠，節(jié)省燃油和能耗袭仲，對(duì)大型客機(jī)來(lái)說，這一點(diǎn)尤其重要劈耽。

表1：波音飛機(jī)近年材料用量發(fā)展對(duì)比

　　鈦合金是公認(rèn)的難加工材料若棒。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(lái)越高拆楣。對(duì)刀具行業(yè)來(lái)說，這都是不小的挑戰(zhàn)肩降。

　　除了機(jī)身結(jié)構(gòu)件外浅仑，對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的加工也是一個(gè)難點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用難加工材料制成屁样，形狀復(fù)雜屿扮，需要切槽鉆孔、葉片加工等工序我衬，對(duì)刀具的實(shí)際切削效果要求非常高叹放。此外，為滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量要求挠羔，一般情況下都選用整體件來(lái)加工井仰，但是事實(shí)上90%以上的材料都將被切除掉。加工量大破加，對(duì)加工效率要求極高俱恶。

（二）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)中期范舀，刀具材料以高速鋼為主要代表合是；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年代锭环，瑞典和美國(guó)分別合成出人造金剛石聪全，切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期泊藕。二十世紀(jì)70年代，人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石（PCD）难礼，解決了天然金剛石數(shù)量稀少娃圆、價(jià)格昂貴的問題，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空社殉、航天陷龟、汽車、電子扑认、石材等多個(gè)領(lǐng)域逻事。

　　刀具材料的選擇是切削加工成功的基礎(chǔ)。與硬質(zhì)合金相比犯舆，PCD刀具速度可達(dá)4000 m/min畜溺，而硬質(zhì)合金只有其1/4。從壽命上看壮僵，PCD刀具一般能提高20倍理章。從加工出的表面質(zhì)量看，PCD的效果比硬質(zhì)合金要好30%-40%清腌。此外厂均，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(lái)帆摊，刀具的切削速度不斷提高碱茁，帶來(lái)了加工效率的變化，進(jìn)一步帶來(lái)了加工范圍的拓展仿贬。切削加工發(fā)展的最大標(biāo)志纽竣，就是高速切削加工（high speed cutting，簡(jiǎn)稱HSC）的發(fā)展茧泪。

　　一個(gè)高速切削加工系統(tǒng)所涉及的方面很多蜓氨。僅從加工過程上看，傳統(tǒng)的切削加工队伟，一個(gè)被加工工件如模具穴吹，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)缰泡，從步驟上來(lái)說刀荒，就減少了三個(gè)，加工時(shí)間比傳統(tǒng)加工方法縮短30%-50%左右棘钞；在加工小尺寸部件時(shí)缠借，這種優(yōu)勢(shì)尤其明顯。更有甚者，過去某些企業(yè)制作復(fù)雜的模具泼返，基本上都需要3等盏、4個(gè)月才能交付使用，采用高速切削加工後沥卦，只需要半個(gè)月便可完成缩睛。

　　一個(gè)高速切削加工系統(tǒng)，由刀具和技術(shù)兩部分組成辩钢。與刀具相關(guān)的因素有刀具材料的選擇辉召、刀具系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、刀具需加工的邊緣形狀沛三。而與技術(shù)密切相關(guān)的是CAD/CAM系統(tǒng)的選擇影虫、刀具加工路徑的規(guī)劃、切削參數(shù)的設(shè)置以及冷卻與潤(rùn)滑環(huán)節(jié)墩衍。

　　自高速切削普及以來(lái)跛农，從1950年至2000年的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，加工效率提高了4-5倍谢市。當(dāng)然沼币，需要提到的是，高速切削一般是由其加工物件來(lái)定義其“高速”的范圍寞奸。

　　刀具在全部加工成本中所占比重并不大呛谜。我們以汽車業(yè)某制造過程為例來(lái)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%枪萄；企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)成本占27%呻率；冷卻及潤(rùn)滑成本占17%；直接人工占9% 呻引；刀具占4%。無(wú)獨(dú)有偶吐咳，機(jī)床加工鋁合金工件的批量生產(chǎn)成本中逻悠，冷卻及潤(rùn)滑占16%；刀具4%韭脊；其他加工成本占80%童谒。可以看出沪羔，刀具在整個(gè)成本中饥伊，僅占了極小的一部分。但是蔫饰，不可忽視的是陈谜，這4%成本的刀具，卻可能影響到10%-15%的整體加工效率。

　　對(duì)刀具來(lái)說牍系，最關(guān)鍵的因素有三個(gè)换乙，成本、壽命户寺、效率膀娱。有實(shí)驗(yàn)表明，若刀具成本降低30%抢督，整體成本大約降低1%稼注；若提高50%的刀具壽命，整體成本大約降低1%喧雹；但是栓堕，若盡可能的優(yōu)化切削參數(shù)，提高20%的刀具加工效率蚪缚，那麼阶质，每一個(gè)工件整體成本能降低15%以上。

　　當(dāng)然米苹，要全面提高機(jī)床的生產(chǎn)效率糕伐，不僅應(yīng)通過高速切削減少工件的切削加工時(shí)間，還需大力壓縮加工輔助時(shí)間（含機(jī)床調(diào)整蘸嘶、程序運(yùn)行檢查良瞧、空行程、起制動(dòng)空運(yùn)轉(zhuǎn)训唱、工件上下料和裝夾褥蚯、換刀等時(shí)間）、待機(jī)時(shí)間和故障停機(jī)時(shí)間况增，因?yàn)樵诙嗥贩N小批量生產(chǎn)條件下赞庶，機(jī)床的有效切削時(shí)間一般只占其全部工時(shí)的25%-35%“闹瑁可見歧强，除高速切削外，如何更加有效的加工为肮，是制造業(yè)面臨的重要課題之一摊册。

　　目前，綠色加工技術(shù)已成為全球的熱點(diǎn)果喊，這個(gè)綠色找骏，包括了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保实朗、高效测捐。從環(huán)保角度看汤钻，一方面是高速高效加工帶來(lái)能耗的降低，另一方面倾桩，冷卻液與潤(rùn)滑液的選擇是非常關(guān)鍵倘秸。如上所述，冷卻液的成本在整體成本中所占比例頗高眼骗，達(dá)到16%左右轨皮。潤(rùn)滑與冷卻的效果與整體的加工效率也非常相關(guān)，尤其是對(duì)難加工材料方秤，如鈦合金燎厘，切削到一定程度後，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s益锻。隨高速切削的發(fā)展蠢琳，冷卻液澆注時(shí)，刀具經(jīng)常出現(xiàn)熱裂的情況镜豹，導(dǎo)致刀具壽命降低傲须，這一點(diǎn)需要改進(jìn)。

　　總之趟脂，在加工技術(shù)中泰讽，高精度、高效率昔期、低成本已卸、環(huán)保，及結(jié)果的可預(yù)見性硼一，都將是明顯的趨勢(shì)累澡。這個(gè)可預(yù)見性，是指加工結(jié)果必須是可預(yù)測(cè)的般贼、可控制的愧哟，而不是隨機(jī)的。這就要求操作者對(duì)加工技術(shù)有更深的理解哼蛆。

（三）對(duì)現(xiàn)代制造方式的探討

　　何謂現(xiàn)代制造翅雏？首先是硬件方面的現(xiàn)代，這包括先進(jìn)的機(jī)床枉俗、數(shù)控加工系統(tǒng)、先進(jìn)刀具的使用仍枕；在軟件方面营俘，一是冷卻及潤(rùn)滑技術(shù)及條件的改進(jìn)，二是切削參數(shù)的優(yōu)化（即加工技術(shù)的優(yōu)化）尚蔗。我國(guó)航空航天業(yè)毛凶，政府投資購(gòu)進(jìn)了大量國(guó)際先進(jìn)設(shè)備话贯，但是發(fā)現(xiàn)仍然不能實(shí)現(xiàn)很好的高效加工。經(jīng)過反覆實(shí)驗(yàn)帘圣，發(fā)現(xiàn)是軟件方面需要做出改進(jìn)露使。可見饼酱，現(xiàn)代制造不僅僅需要投資大量先進(jìn)儀器設(shè)備答肤，更應(yīng)該在知識(shí)及先進(jìn)技術(shù)方面更好地武裝。

　　切削參數(shù)方面的調(diào)整瘾显，在不同企業(yè)有不同做法愧杯，是見仁見智的事情，這里就不再贅述鞋既。從刀具本身來(lái)說力九，最重要的，是提高刀具的使用壽命邑闺。如上所述跌前，刀具使用壽命與冷卻潤(rùn)滑的條件與方式息息相關(guān)。高速切削同時(shí)促進(jìn)了綠色的冷卻/潤(rùn)滑技術(shù)陡舅。這里介紹一項(xiàng)關(guān)於冷卻潤(rùn)滑的新技術(shù)抵乓。如果把氮?dú)饧由侠涞挠挽F潤(rùn)滑（10°C以下），可提高刀具壽命10倍蹭沛。同時(shí)臂寝，可提高加工效率，減少污染摊灭，提高表面加工質(zhì)量咆贬。特別適合難加工材料，如鈦合金的加工帚呼。

　　加工時(shí)產(chǎn)生的偏差呆逼，直接影響工件的切削加工質(zhì)量。導(dǎo)致加工偏差的因素很多皮向，比如工件內(nèi)應(yīng)力的分布（INNER STRESS）嘲陋，工件的安裝與夾緊，工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度盘荸，刀具變形程度铸烈，機(jī)床的精度、剛度與熱特性售检，工件受力變形砰吻，工件熱變形等。

　　舉例來(lái)說彤擒，在對(duì)飛機(jī)部件進(jìn)行高速高效高精加工且险，以實(shí)現(xiàn)薄壁整體式結(jié)構(gòu)時(shí)垢雨，為避免發(fā)生加工偏差，最重要的是保證低切削力敛旗，低熱偏差辐践，及更高的材料移動(dòng)率。對(duì)應(yīng)零件的剛度施以相應(yīng)的銑削力库说，也是加工時(shí)需要注意的關(guān)鍵問題狂鞋。

　　綜上所述，中國(guó)制造業(yè)正面臨一個(gè)超大市場(chǎng)需求璃弄，同時(shí)低勞動(dòng)力成本要销，低生產(chǎn)率水平，技術(shù)的不斷進(jìn)步夏块，都給我們帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)疏咐。不可否認(rèn)，高質(zhì)量脐供、高效率浑塞、低成本以及環(huán)保都是現(xiàn)代制造的趨勢(shì)。同時(shí)政己，提高生產(chǎn)效率也就意味經(jīng)濟(jì)上的更多考慮酌壕。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造，需要在硬件和軟件上同時(shí)下功夫歇由，這包括投資先進(jìn)的機(jī)床卵牍、數(shù)控加工、先進(jìn)的刀具桌懊，也包括切削參數(shù)的優(yōu)化陋锚、冷卻及潤(rùn)滑條件的改進(jìn)。

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