如何提高刀具切削效率？
2010/5/22 15:11:43
盡管中國(guó)已經(jīng)成為世界加工廠，但作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的制造業(yè)，其勞動(dòng)生產(chǎn)率與美、歐、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比還有很大的差距，僅為其1/20左右。 刀具和切削技術(shù)落后是機(jī)械制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率低下的重要原因之一。為了把我國(guó)從制造大國(guó)變成制造強(qiáng)國(guó)，中國(guó)刀協(xié)從中國(guó)切削工作者的歷史責(zé)任的高度提出了“發(fā)展切削技術(shù)、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)”的宏偉目標(biāo)。并從2005年起在團(tuán)體會(huì)員單位開展“中國(guó)刀協(xié)20工程”活動(dòng)，即要求會(huì)員單位通過對(duì)切削應(yīng)用技術(shù)的培訓(xùn)和先進(jìn)刀具的推廣，用2年左右的時(shí)間率先實(shí)現(xiàn)提高切削效率20%的目標(biāo)。這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要各界的共同努力，為此，我們也必須清醒地認(rèn)識(shí)到切削理念的三次進(jìn)步。
一、加大刀具投入：
當(dāng)前切削刀具及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展日新月異，近年來在數(shù)控技術(shù)和刀具技術(shù)的共同推動(dòng)下,切削加工進(jìn)入了高速切削的階段。近年來刀具材料和涂層技術(shù)有了很大的發(fā)展，如PCD、CBN超硬刀具和陶瓷刀具的使用范圍不斷擴(kuò)大，作為當(dāng)前高速切削主力軍的涂層硬質(zhì)合金刀具的切削性能大幅提高等。近20年來切削速度提高了5~10倍，生產(chǎn)效率提高了50%~100%。高速切削有一個(gè)特點(diǎn)，就是當(dāng)切削速度上升到一定程度時(shí)，由于材料軟化等原因隨著切削速度的增加切削力反而下降，同時(shí)由于切屑帶走了大部分熱量甚至工件的溫升也會(huì)減小。不過受刀具材料性能限制,后一現(xiàn)象目前只在用PCD刀具加工鋁合金和軟質(zhì)材料中才能觀察到。高速切削還適用于硬切削、干切削和重切削，是提高切削效率的有效手段。
現(xiàn)代加工中刀具費(fèi)用一般只占制造成本的3%～4%，但它對(duì)總制造成本的影響卻要大得多。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代,機(jī)械加工企業(yè)從控制加工成本出發(fā),制訂刀具消耗定額、進(jìn)行成本控制，我們也曾提到有些企業(yè)高效率的進(jìn)口設(shè)備使用低性能的焊接刀具，不能發(fā)揮設(shè)備性能反而造成更大浪費(fèi)的事實(shí)。有人計(jì)算過生產(chǎn)效率提高20%會(huì)使制造成本降低15%?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)都算過這筆賬來了，加大刀具投入，用高速切削提高生產(chǎn)效率以降低總生產(chǎn)成本，是切削理念的一次進(jìn)步。
二、創(chuàng)新刀具結(jié)構(gòu)：
先進(jìn)刀具有三大技術(shù)基礎(chǔ)：材料、涂層和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。高速切削刀具主要依賴的是刀具材料和涂層技術(shù)的進(jìn)步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。刀具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也是提高切削效率的有效手段。例如Iscar公司的大走刀量銑刀每齒走刀量達(dá)到3.5mm，Seco公司的復(fù)合孔加工刀具一次走刀就能完成鉆、鏜孔和端面倒角等。曲軸加工的工藝進(jìn)步更具有說服力，曲軸車?yán)兜陌l(fā)明使曲軸加工效率提高了10倍?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了效率更高的曲軸高速銑刀，一次走刀就可完成7個(gè)主軸頸的加工。東風(fēng)汽車公司量刃具廠已經(jīng)成功地為國(guó)內(nèi)汽車廠開發(fā)了曲軸車?yán)逗透咚巽姷恫⒊晒τ糜谏a(chǎn)。上世紀(jì)八九十年代成都工具研究所在涂層、材料等單項(xiàng)技術(shù)都不占優(yōu)勢(shì)的情況下，憑借自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的刀具設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，加上涂層、材料和刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)的綜合運(yùn)用，在高強(qiáng)度石油管螺紋刀具上實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)外知名企業(yè)的一次成功超越。還有許多例子都說明刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往更能有效地提高切削效率。要提高切削效率不能只盯著用最好的(也常常是最貴的)刀具來進(jìn)行高速切削。在目前我們刀具材料和涂層技術(shù)與國(guó)外還有較大差距的情況下，注重刀具的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往是提高切削效率的更有效和更可行的手段。采用包括高速切削和刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新在內(nèi)的各種手段實(shí)現(xiàn)高效切削，是切削理念的又一次進(jìn)步。
三、優(yōu)化加工過程：
常凸顯出兩類新問題：一是切削效率提高的效果被大量的非切削時(shí)間所沖淡，二是在加工設(shè)備不太先進(jìn)的情況下先進(jìn)刀具的費(fèi)用不堪重負(fù)。日本MARZAK公司稱他們的加工中心只有30%的時(shí)間在為公司創(chuàng)造效益。東方汽輪機(jī)廠進(jìn)口的瑞士加工中心，其自動(dòng)紀(jì)錄的切削時(shí)間也只有30%左右。切削技術(shù)在不斷發(fā)展，人們的認(rèn)識(shí)在不斷深化：在提高加工效率的努力中只靠高性能的刀具是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通過切削應(yīng)用技術(shù)提高切削生產(chǎn)效率的潛力還很大。
前面說過要進(jìn)一步提高切削加工效率只靠先進(jìn)刀具是不夠的。我們還應(yīng)該掌握和運(yùn)用與切削過程相關(guān)的技術(shù)，全面提高生產(chǎn)效率。進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，改善刀具使用條件，合理選用刀具材料和涂層；另外，工藝方式的改革，還有管理手段和相關(guān)技術(shù)，他們同樣是提高生產(chǎn)效率的有效手段。說得更明確一點(diǎn)就是不要只盯著用最好的刀具這一條道，當(dāng)前更要重視切削應(yīng)用技術(shù)，向70%的時(shí)間要效率。
在廈門舉行的中國(guó)刀協(xié)工作會(huì)議上，東方汽輪機(jī)廠介紹了綜合運(yùn)用切削應(yīng)用技術(shù)全面提高切削加工效率的經(jīng)驗(yàn)。近年該企業(yè)努力推廣先進(jìn)刀具，僅推廣可轉(zhuǎn)位刀具就提高生產(chǎn)效率30%。進(jìn)而他們又在刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上下功夫，與株洲鉆石切削刀具股份有限公司合作開發(fā)先進(jìn)刀具，還對(duì)老式設(shè)備進(jìn)行改造，以使用先進(jìn)刀具來提高生產(chǎn)效率。最近他們又對(duì)全廠工藝配置進(jìn)行優(yōu)化、加強(qiáng)管理、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程和切削過程的計(jì)算機(jī)模擬等，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，用該廠總工藝師王政的話說是“向另外70%的時(shí)間要效益”。減少非切削時(shí)間的手段還很多，比如機(jī)外調(diào)刀、快速換刀、隨機(jī)測(cè)量、多工位加工、設(shè)置裝卸工位、采購可靠性高的設(shè)備減少維修停機(jī)時(shí)間等等。既要采用先進(jìn)刀具，同時(shí)還要通過管理和應(yīng)用相關(guān)技術(shù)優(yōu)化整個(gè)加工過程，實(shí)現(xiàn)高效加工是最近切削理念的第三次進(jìn)步。
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