充分理解刀具对提高机械制造效率的帮助

我国制造业“大而不强”,很多企业制造技术不高,严重制约了我国制造业的进一步发展。到目前为止,对机械行业中使用现代切削技术和高效先进刀具提高生产效率降低成本的认识还很不足,因此在我国,现代切削技术和高效先进刀具的应用发展还很不平衡,很多企业仍然只注意依靠廉价劳动力降低成本,而不重视通过提高加工技术来提高生产效率。近年来我国的机床生产发展迅速,制造业的机床拥有量在世界遥遥领先,稳居第一,但刀具工业却远远落后。先进的高效机床配不到高效先进刀具,仍使用传统的标准刀具,切削技术落后,使高效机床的加工效率得不到发挥,严重影响生产效率的提高,制约了制造业的现代化。

现代切削技术和高效先进刀具是制造业提高生产效率的最重要、最活跃的因素之一。在发达国家,大量使用高效先进刀具,平均刀具费用约占制造成本的4%,而我国制造业因使用价廉的传统刀具,平均刀具费用不到制造成本的3%,致使我国机械工业的生产效率远远低于国外。据统计,采用高效先进刀具,刀具费用可能要提高50%或更多,将使零件成本提高约1%,但高效先进刀具可明显提高切削加工效率,有可能使零件生产成本下降10%～15%,因此使用高效先进的刀具经济效益是极为显著的。

使用现代切削技术对提高加工效率效果是极为明显的。如目前的航空工业中使用新型的铝合金整体薄壁构件来代替原来的焊接、铆接的组装构件,加工这些铝合金整体薄壁构件需要铣去大量的金属,采用高速切削新工艺使加工效率提高多倍。哈尔滨汽轮机厂生产国内首台60万千瓦超临界汽轮机组时,在高合金钢上加工大直径深孔,采用肯纳金属公司的一种新型钻头,使加工一个孔的工时从6.7小时缩短到0.5小时,解决了生产关键问题。在加工高强度石油管螺纹时,原用三齿梳刀车削,后来开发了新的3个三齿梳刀的套齿工艺,提高加工效率多倍。

再如在高速加工中心上,采用新的“圆周螺旋铣削”,实现传统复合刀具难以完成的一次钻铣螺孔、倒角和切槽,扩大了复合刀具的使用范围,大大提高了加工效率。这种螺孔钻铣新工艺已应用于汽车发动机缸盖和变速箱体上的螺孔加工,在加工发动机缸盖上深度为14.1mm的M6螺孔时,采用主轴转速20000r/min,进给量700mm/min,加工一个螺孔仅需1.2秒。在加工铝合金变速箱体上的带凸台和上下倒角的M24×1.5螺孔时,原来要用7把传统刀具,7道加工工序来完成,德国Jel精密刀具公司推荐使用一把钎焊聚晶金刚石刀片的螺孔钻铣复合刀具,在主轴转速20000r/min时,自动依次完成加工,整个加工时间仅用4秒。

新材料刀具的使用使切削效率大大提高,高钴高钒高性能高速钢刀具的耐用度可比普通高速钢提高1.5～3倍。粉末冶金高速钢的强度可提高20%～30%,韧性提高1.5～2倍,并且可靠性比普通高速钢明显提高,国外在加工中心上已普遍使用这种粉末冶金高速钢制造的小钻头、丝锥和铣刀等,而我国还甚少使用。国外近年来发展了多种新成份、新牌号的硬质合金,发展了高强度高韧性的0.5～1μm超细颗粒的硬质合金,开发了多种新涂层硬质合金,使硬质合金的切削性能显著提高,代替了部分过去只能用高速钢制造的较复杂的刀具。陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石等超硬材料刀具,国外应用日广,切削速度可比硬质合金提高数倍,大大提高加工效率,在德国,已有约70%的铸件用陶瓷刀具加工,日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～10%,而我国超硬材料刀具用得还很少。

2005年,美国消费机床58.2亿美元,消费刀具30亿美元；同一年我国消费机床107.8亿美元,而消费刀具仅17亿美元。这反差明显说明我国的机械制造业,对先进切削技术和高效刀具对提高生产效率的作用,不够重视,并大大地低估了。充分认识并努力推广应用先进切削技术和高效刀具,提高加工生产效率,降低成本,加强企业的竞争力,已是我国机械制造业发展所面临的需要尽快解决的重大问题。

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