一毒奇、中國制造業(yè)快速發(fā)展和重點(diǎn)用戶行業(yè)對刀具的需求

　　從世界范圍觀察中國制造業(yè)的發(fā)展可以看出磷像，中國制造業(yè)近年發(fā)展迅速。對刀具行業(yè)來說携喳，這意味極大的市場种慕。而在這種背景下，中國低水平的制造成本是公認(rèn)的事實(shí)巍糯。從勞動生產(chǎn)率看啸驯，有統(tǒng)計(jì)資料表明，中國和德祟峦、美罚斗、日等發(fā)達(dá)國家相比，大約差距3～5倍宅楞。

　　如此大的市場针姿，低水平的勞動生產(chǎn)率，再加上制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展厌衙，對刀具行業(yè)來說搓幌，既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)迅箩。市場對刀具的需求溉愁，不僅是量的增長，更重要的是質(zhì)的提高饲趋。從用戶行業(yè)看拐揭，有七大行業(yè)對刀具的需求量最為顯著。

　　其一是發(fā)電設(shè)備制造業(yè)奕塑。在全球能源供應(yīng)逐日緊張愧陈，石油價(jià)格持續(xù)上漲等背景下，對發(fā)電設(shè)備的需求已越來越明顯搭吵。在發(fā)電設(shè)備制造過程中煮啡，僅花在刀具部分的成本就非常可觀棒论。模具制造業(yè)也是刀具用量最大的行業(yè)之一馁祈。在模具制造過程中，成型模、熱作模银薪、冷作模靴亩、塑模等幾乎所有環(huán)節(jié)中都需要用到刀具。此外夫石，汽車伪睬、高速列車、一般機(jī)械制造業(yè)鸭僧、以及近年來逐漸擴(kuò)大用量的木材加工業(yè)都已成為刀具行業(yè)的主要用戶口溃。

　　航空航天業(yè)是最傳統(tǒng)也是最為重要的刀具應(yīng)用領(lǐng)域。在該行業(yè)中旷偿，刀具一般用來切削飛機(jī)結(jié)構(gòu)件烹俗。這些結(jié)構(gòu)件一般體積較大，過去大量采用鋁合金狸捅。隨著鈦合金衷蜓、復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大累提，對刀具加工的要求也越來越高尘喝。作為國家重點(diǎn)扶持工業(yè)之一，近年來斋陪，政府已投入大量資金用于航空航天業(yè)大型客機(jī)的研發(fā)朽褪。這些研發(fā)是方方面面的，我們抽出與刀具有關(guān)的方面來分析无虚，著重研討結(jié)構(gòu)件材料的使用缔赠。

　　從最新的波音787機(jī)身可以看出，過去大量采用鋁合金直接覆蓋的方法已逐漸被舍棄友题，取而代之的是復(fù)合材料的直接鋪設(shè)和纏繞嗤堰。此外，鈦合金的用量也在增加面镣。與過去相比卒抖，新的方法可大大降低飛機(jī)重量，節(jié)省燃油和能耗甩宣，對大型客機(jī)來說栏葬，這一點(diǎn)尤其重要。

　　鈦合金是公認(rèn)的難加工材料杯削。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抚言，但是對加工質(zhì)量的要求卻越來越高。對刀具行業(yè)來說褐泊，這都是不小的挑戰(zhàn)芦槽。

　　除了機(jī)身結(jié)構(gòu)件外，對飛機(jī)發(fā)動機(jī)的加工也是一個難點(diǎn)。發(fā)動機(jī)一般采用難加工材料制成详不，形狀復(fù)雜蚯氯，需要切槽鉆孔、葉片加工等工序妖救，對刀具的實(shí)際切削效果要求非常高橄浓。此外，為滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量要求亮航，一般情況下都選用整體毛坯來加工荸实，90%以上的材料都將被切除掉，由于加工量大缴淋，因此對加工效率要求極高准给。

二、切削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　從刀具發(fā)展歷程看重抖，從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期露氮，刀具材料以高速鋼為主要代表；1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用钟沛；二十世紀(jì)50年代畔规，瑞典和美國分別合成出人造金剛石，切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期恨统。二十世紀(jì)70年代叁扫，人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石（PCD），解決了天然金剛石數(shù)量稀少畜埋、價(jià)格昂貴的問題莫绣，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天镀材、汽車妆浅、電子、石材等多個領(lǐng)域忍具。

　　刀具材料的選擇是切削加工成功的基礎(chǔ)爵缸。與硬質(zhì)合金相比，PCD刀具速度可達(dá)4000m/min蓝捌，而硬質(zhì)合金只有其1/4眶洗。從壽命上看，PCD刀具一般能提高20倍饵朱。從加工出的表面質(zhì)量看堤网，PCD的效果比硬質(zhì)合金要好30%～40%。此外椰完，CBN（立化氮化硼）超硬材料刀具和表面涂層刀具的發(fā)展對推動切削加工技術(shù)的進(jìn)步也功不可沒贫肌。

　　一百多年來禀舰，刀具的切削速度不斷提高，帶來了加工效率的變化怔匣，進(jìn)一步帶來了加工范圍的拓展握联。切削加工發(fā)展的最大標(biāo)志，就是高速切削加工（high speed cutting每瞒，簡稱HSC）的發(fā)展金闽。一個高速切削加工系統(tǒng)所涉及的方面很多。僅從加工過程上看剿骨，傳統(tǒng)的切削加工代芜，一個被加工工件（如模具），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—人工拋光等程序浓利。而高速加工僅需要毛坯淬火—粗加工—半精加工—精加工以及超精加工等環(huán)節(jié)挤庇，從步驟上來說就減少了三個，加工時(shí)間比傳統(tǒng)加工方法縮短30%～50%左右贷掖；在加工小尺寸部件時(shí)嫡秕，這種優(yōu)勢尤其明顯。更有甚者苹威，過去某些企業(yè)制作復(fù)雜的模具昆咽，基本上都需要3、4個月才能交付使用魏蜒，采用高速切削加工后茧音，只需要半個月便可完成有蒲。

　　一個高速切削加工系統(tǒng)发凹，由刀具和技術(shù)兩部分組成。與刀具相關(guān)的因素有刀具材料的選擇冈柑、刀具系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)衍康、刀具需加工的邊緣形狀。而與技術(shù)密切相關(guān)的是CAD/CAM系統(tǒng)的選擇衔密、刀具加工路徑的規(guī)劃鞍票、切削參數(shù)的設(shè)置以及冷卻與潤滑環(huán)節(jié)。

　　自高速切削普及以來找蝗，從1950年至2000年的半個世紀(jì)內(nèi)岖佛，加工效率提高了4～5倍。當(dāng)然渊输，需要提到的是用虚，高速切削一般是由其加工物件來定義其“高速”的范圍。

　　刀具在全部加工成本中所占比重并不大奸误。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%粤蝎，設(shè)備工作時(shí)的能耗占7%真仲，企業(yè)的正常運(yùn)營成本占27%，冷卻及潤滑成本占17%初澎，直接人工占9%秸应，刀具占4%。無獨(dú)有偶碑宴，機(jī)床加工鋁合金工件的批量生產(chǎn)成本中软啼，冷卻及潤滑占16%，刀具4%延柠，其他加工成本占80%焰宣。可以看出捕仔，刀具在整個成本中匕积，僅占了極小的一部分。但是榜跌，不可忽視的是闪唆，這4%成本的刀具，卻可能影響到10%～15%的整體加工效率邪胳。

　　對刀具來說擅很，最關(guān)鍵的因素有三個：成本、壽命肪尾、效率鹅甚。有實(shí)驗(yàn)表明，若刀具成本降低30%催蓄，整體成本大約降低1%夸截；若提高50%的刀具壽命，整體成本大約降低1%乱来；但是儒淌，若盡可能的優(yōu)化切削參數(shù)，提高20%的刀具加工效率荡担，那么品客，每一個工件整體成本能降低15%以上。

　　當(dāng)然准瘪，要全面提高機(jī)床的生產(chǎn)效率粟翔，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)整讼载、程序運(yùn)行檢查轿秧、空行程、起制動空運(yùn)轉(zhuǎn)维雇、工件上下料和裝夾淤刃、換刀等時(shí)間）晒他、待機(jī)時(shí)間和故障停機(jī)時(shí)間，因?yàn)樵诙嗥贩N小批量生產(chǎn)條件下逸贾，機(jī)床的有效切削時(shí)間一般只占其全部工時(shí)的 25%～35%陨仅。可見铝侵，除高速切削外灼伤，如何更加有效的加工，是制造業(yè)面臨的重要課題之一咪鲜。

　　目前狐赡，綠色加工技術(shù)已成為全球的熱點(diǎn)，這個綠色疟丙，包括了經(jīng)濟(jì)颖侄、環(huán)保、高效聋遮。從環(huán)保角度看重柄，一方面是高速高效加工帶來能耗的降低，另一方面仪丛，冷卻液與潤滑液的選擇是非常關(guān)鍵汤史。如上所述，冷卻液的成本在整體成本中所占比例頗高卒粮，達(dá)到16%左右巴锄。潤滑與冷卻的效果與整體的加工效率也非常相關(guān)，尤其是對難加工材料钱挺，如鈦合金惕拍，切削到一定程度后，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s鸟氨。隨高速切削的發(fā)展冤牢，冷卻液澆注時(shí)铐向，刀具經(jīng)常出現(xiàn)熱裂的情況集炭，導(dǎo)致刀具壽命降低，這一點(diǎn)需要改進(jìn)复斥。

　　總之营密，在加工技術(shù)中，高精度目锭、高效率评汰、低成本、環(huán)保痢虹，及結(jié)果的可預(yù)見性被去，都將是明顯的趨勢主儡。這個可預(yù)見性，是指加工結(jié)果必須是可預(yù)測的惨缆、可控制的糜值，而不是隨機(jī)的。這就要求操作者對加工技術(shù)有更深的理解坯墨。

三寂汇、對現(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)代捣染，這包括先進(jìn)的機(jī)床免姻、數(shù)控加工系統(tǒng)、先進(jìn)刀具的使用豌泊；在軟件方面们灵，一是冷卻及潤滑技術(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）怔于。我國航空航天業(yè)皿理，政府投資購進(jìn)了大量國際先進(jìn)設(shè)備，但是發(fā)現(xiàn)仍然不能實(shí)現(xiàn)很好的高效加工近窟。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)题姜，發(fā)現(xiàn)是軟件方面需要做出改進(jìn)÷准眨可見贪庄，現(xiàn)代制造不僅僅需要投資大量的先進(jìn)儀器設(shè)備，更應(yīng)該在知識及先進(jìn)技術(shù)方面更好地進(jìn)行武裝青弃。

　　切削參數(shù)方面的調(diào)整鞠哥，在不同企業(yè)有不同做法，是見仁見智的事情卖氨，這里就不再贅述会烙。從刀具本身來說，最重要的筒捺，是提高刀具的使用壽命柏腻。如上所述，刀具使用壽命與冷卻潤滑的條件與方式息息相關(guān)系吭。高速切削同時(shí)促進(jìn)了綠色的冷卻/潤滑技術(shù)五嫂。這里介紹一項(xiàng)關(guān)于冷卻潤滑的新技術(shù)。如果把氮?dú)饧由侠涞挠挽F潤滑（10°C以下）肯尺，可提高刀具壽命10倍沃缘。同時(shí)，可提高加工效率则吟，減少污染槐臀，提高表面加工質(zhì)量锄蹂。特別適合難加工材料，如鈦合金的加工水慨。

　　加工時(shí)產(chǎn)生的偏差败匹，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步蛮，比如工件內(nèi)應(yīng)力的分布遂冰、工件的安裝與夾緊、工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度西寸、刀具變形程度则涎、機(jī)床的精度、剛度與熱特性枢慰、工件受力變形沈席、工件熱變形等。

　　舉例來說艾维，在對飛機(jī)部件進(jìn)行高速高效高精加工谭迄，以實(shí)現(xiàn)薄壁整體式結(jié)構(gòu)時(shí)，為避免發(fā)生加工偏差赠戏，最重要的是保證低切削力怔樊，低熱偏差，及更高的材料移動率安粤。對應(yīng)零件的剛度施以相應(yīng)的銑削力贫宫，也是加工時(shí)需要注意的關(guān)鍵問題。

　　綜上所述枝誊，中國制造業(yè)正面臨一個超大市場需求况芒，同時(shí)低勞動力成本，低生產(chǎn)率水平叶撒，技術(shù)的不斷進(jìn)步绝骚，都給我們帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。不可否認(rèn)祠够，高質(zhì)量压汪、高效率、低成本以及環(huán)保都是現(xiàn)代制造的趨勢哪审。同時(shí)蛾魄，提高生產(chǎn)效率也就意味經(jīng)濟(jì)上的更多考慮。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造湿滓，需要在硬件和軟件上同時(shí)下功夫，這包括投資先進(jìn)的機(jī)床舌狗、數(shù)控加工叽奥、先進(jìn)的刀具扔水，也包括切削參數(shù)的優(yōu)化、冷卻及潤滑條件的改進(jìn)塘袍。

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