淺析刀具技術在現(xiàn)代制造業(yè)中的影響

楊彬彬，徐 超

(1.新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院，453006;2.河南中原內(nèi)配股份有限公司，454750)

淺析刀具技術在現(xiàn)代制造業(yè)中的影響

楊彬彬1，徐 超2

(1.新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院，453006;2.河南中原內(nèi)配股份有限公司，454750)

目前我國正在以前所未有的速度進入全球化的國際市場，其中我國的制造業(yè)將對全球經(jīng)濟的發(fā)展起到巨大的推動作用。刀具技術作為切削加工中重要的基礎裝備，對現(xiàn)代制造業(yè)在各個領域的發(fā)展有著至關重要的作用。

刀具技術;現(xiàn)代;制造業(yè);影響

目前我國正在以前所未有的速度進入全球化的國際市場，開發(fā)和應用適合國情的現(xiàn)代制造技術勢在必行，因為制造技術的先進性決定了我國制造業(yè)在全球范圍市場的競爭力。

在制造業(yè)技術中，基礎行業(yè)如刀具技術、高速加工技術與切削加工工藝相結合，大大降低了機械加工制造中的勞動強度，大大縮短了輔助時間及生產(chǎn)準備時間，同時還大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，對我國制造業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。目前切削加工工作量約占到整個機械加工工作量的90%，所以，現(xiàn)代切削技術是制造技術的主力軍之一，機械切削加工在整個21世紀仍是機械制造業(yè)的主導加工方法。所以，作為切削加工中重要的基礎裝備，現(xiàn)代刀具技術對現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展有著至關重要的作用。

1.一般制造業(yè)中刀具在切削加工中的重要性

切削機床的飛速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術保障，但無論何種金屬切削機床，都依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的切削刀具才能發(fā)揮作用。切削刀具的性能和質量直接影響到切削機床生產(chǎn)效率的高低和加工質量的好壞，直接影響到整個機械制造業(yè)的生產(chǎn)技術水平和經(jīng)濟效益。在一般機械加工中，金屬切削機床和切削刀具是機械加工的基礎工藝裝備。目前切削機床正在不斷更新?lián)Q代，高速主軸轉速可達10000－50000/min，有的甚至可達150000r/min;采用滾珠絲杠的進給機構其速度可達40～60m/min，直線電機可達90～120m/min。

正因為如此，國外制造業(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，在中國類似的說法如成語中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”等，都是對刀具在切削加工中的重要性的極為生動而深刻的描述。一根10萬千瓦發(fā)電機轉子軸，其凈重約為15噸，而其鍛件毛坯達40～60噸，需切除的切屑占了零件毛重的40%以上，很難想象如果沒有現(xiàn)代化的高效的切削刀具如何能完成這樣巨大的加工任務。某切削與機床方面的權威專家對此作了如下評價:“刀具技術對降低切削成本比其它任何過程的改進更具有潛力，選擇和應用現(xiàn)代高效切削刀具是降低生產(chǎn)成本、獲取最大經(jīng)濟效益的必須?！?/p>

2.在現(xiàn)代數(shù)控機床中，高效的切削刀具功不可沒

正如某專家所說:“一臺價值30萬美元的高級數(shù)控機床，其生產(chǎn)效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價值30美元立銑刀的性能”。

在現(xiàn)代制造技術體系中，切削刀具和機床，是兩個相對獨立的子系統(tǒng)，但兩者又相輔相成，共同推動現(xiàn)代制造業(yè)向前發(fā)展，在數(shù)控機床系統(tǒng)中尤其如此。

目前，隨著現(xiàn)代數(shù)字化制造技術的蓬勃發(fā)展，以“高效率、高精度、高可靠性”為特點的現(xiàn)代高效切削刀具，正在迅速取代傳統(tǒng)標準刀具，成為數(shù)字化制造系統(tǒng)中的最終執(zhí)行部件，在機械加工中發(fā)揮著不可替代的關鍵作用。由于其優(yōu)良的性能，極高的加工效率，完美的加工質量，盡管價格大大高于傳統(tǒng)標準刀具，但仍然能使制造業(yè)提高勞動生產(chǎn)率和降低成本，獲得更大比例的經(jīng)濟收益。

據(jù)有關資料統(tǒng)計，全球制造業(yè)每年的切削加工費用，達到5000億美元以上，其中刀具費用為400億美元左右。在發(fā)達國家制造業(yè)中，近年來大量采用現(xiàn)代高效切削刀具，每年僅此節(jié)約成本達1000億美元，遠遠高于在高級刀具上的投資。所以，世界各國都把發(fā)展現(xiàn)代高效切削刀具作為提高制造業(yè)競爭力的重要手段?！霸诩庸み^程中，切削刀具是生產(chǎn)力，不是消耗品”這個觀念，在發(fā)達國家已形成共識，切削刀具消費在其制造業(yè)成本中的比重達到3%～4%。而在中國制造業(yè)中，多數(shù)中小企業(yè)仍依靠廉價勞動力作為降低成本的主要手段，而很少關注通過改進加工手段來提高效率，所以目前中國制造業(yè)的刀具消費水平普遍較低，僅占制造成本的1%～2%。

在德、美等制造業(yè)強國，現(xiàn)代數(shù)控機床和高效切削刀具呈現(xiàn)一種相互協(xié)調、平衡發(fā)展的態(tài)勢，目的是為現(xiàn)代制造業(yè)提供一個充分發(fā)揮裝備潛力的最佳配置和解決方案。在發(fā)達國家，經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的正常年份，每年的刀具消費規(guī)模，大體穩(wěn)定在機床消費的1/2左右。例如，日本機床年消費額在60億美元時，同時刀具消費在30億美元上下。但是，發(fā)達國家這種機床與刀具協(xié)調平衡發(fā)展的規(guī)律性在中國并未出現(xiàn)，最近10年中，中國制造業(yè)發(fā)展中機床消費一馬當先，把刀具消費遠遠拋在后面，這種奇怪的現(xiàn)象已經(jīng)成為中國機床工具行業(yè)發(fā)展的一大缺陷。如:2011年，中國機床消費達到了295億美元的創(chuàng)紀錄水平，而刀具消費為50億美元，僅為機床消費的17%，大大低于發(fā)達國家50%左右的水平，但總體來說，中國切削刀具的發(fā)展會像發(fā)達國家一樣快速發(fā)展的。所以，在中國，一此有志之士正在努力研發(fā)現(xiàn)代高效刀具，以迎合這種世界性的大趨勢。

3.在其它一些特殊領域中刀具的重要性也日益增加

如在汽車行業(yè)中，內(nèi)燃機和變速箱是關鍵件。然而，內(nèi)燃機和變速箱的制造涉及大量復雜的機械加工流程，其復雜性與精密程度要求采用廣泛多樣的加工工藝。汽車發(fā)動機專家正在竭力提高效率，制造更高效、更微型的部件單元。同時，更高的性能也左右著機械加工;更先進的材料也更難加工。以鑄造材料為例，輕型鋁、鎂的比重不斷增加，以減輕機件重量，顯然加工輕型金屬材料要求采用的工藝與加工鋼鐵或鑄鐵是迥然不同的，這些趨勢同時伴隨著不斷加劇的時間與成本壓力。

這對現(xiàn)代切削刀具制造的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)，他們研制出各種各樣的高性能高效刀具來為現(xiàn)代機床生產(chǎn)過程服務。如，加工中心要求刀具能適用于不同材料、不同要求以及不同的加工策略。切削時要動作柔和，以將切削力降到最低，卻不應影響到加工數(shù)量。此外，由于更換切削刃和刀具都要耗費時間，所以需要保證較長的刀具使用壽命。任何負責生產(chǎn)的人都想盡可能地減少刀具的更換。而目前的高效率刀具已經(jīng)可以解決上述的問題。

有一種全新的銑削刀具，可以極大地提高發(fā)動機組和變速箱體上大面積端面銑的加工速度。有7個切削刃的可轉位刀片為負型刀片，可180°旋轉，實際達到14個有效切削刃。這種有多個切削刃的可轉位刀片配備在七面銑刀上，適用于鑄鐵加工，并確保最大的生產(chǎn)可靠性。至于鋁合金或鎂合金工件的加工，現(xiàn)代高效率刀具只需進行細微的調整就可以切削汽缸蓋或者變速箱體表面。該刀具設計保證了將加工噪音降到最低。鋁基體刀具適用加工中心的高速加工，高強度鋼刀座可保證其適用于一些特殊加工。一些刀具可實現(xiàn)復雜運動，可一次完成半精加工和精加工。其精確度和加工可靠性極高。由于至少減少了一個換刀次數(shù)，所以二次加工的次數(shù)也降低到最小。輔助以特殊的加工方式，使用一種整體硬質合金鉆頭可加工出長徑比為70的孔。等等。

4.刀具供應商正在全力研制開發(fā)更加高效的刀具，以適應現(xiàn)代制造業(yè)的需要，甚至推動現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展

為了使用戶盡可能達到贏利最大化、效率最高化、質量最優(yōu)化，眾多的刀具供應商正不斷在關鍵技術上進行改進及創(chuàng)新，如使用新型的刀具材料、研制更高性能的刀具涂層、開發(fā)更加高效的刀具結構等。刀具材料方面硬質合金正在取代高速鋼成為高效刀具的主要材料，超硬刀具材料如陶瓷的使用比重也在大幅增加，這樣大將機床的范圍不斷擴大，如加溫度由普通的800℃提高到了現(xiàn)有的1200℃，并實現(xiàn)了更加優(yōu)越性能的干切削、硬切削。刀具涂層技術方面如PVD正處于高速發(fā)展階段，金剛石涂層得到進一步的應用，這些新技術在機床切削加工中取得了滿意和令人驚嘆的效果。刀具結構的新技術體現(xiàn)在切削負荷的合理分布、開發(fā)三維斷屑槽形、帶前角的螺旋形刀刃銑削刀片等方面，另外幾何參數(shù)更趨合理也使得刀具性能得到改善和提高，靈活的結構使現(xiàn)代刀具實現(xiàn)了高強度與高精度的完美結合。總之，刀具供應商不再只是單純地供應所需的刀具，而是針對現(xiàn)代機床特別是數(shù)控機床在加工中出現(xiàn)的復雜的加工問題，進行研究并給出可用的解決方案，有的時候，現(xiàn)代刀具潛力的發(fā)揮到不單單是一個機床部件，更是超前于機床加工的實用性，甚至可以擴展機床的功能。

［1］武文革，辛志杰.金屬切削原理及刀具［M］.國防工業(yè)出版社，2009

［2］袁哲俊，劉華明.孔加工刀具、銑刀、數(shù)控機床用工具系統(tǒng)［M］.機械工業(yè)出版社，2009

［3］胡建新.數(shù)控加工工藝與刀具夾具［M］.機械工業(yè)出版社，2010

［4］(日)梅沢三造，菅野成行.硬質合金刀具常識及使用方法［M］.機械工業(yè)出版社，2009

Elementary Analysis of the Influence of Cutting Tool Technology in Modern Manufacturing Industry

YANG Bin－bin1，XU Chao2
(1.Xinxiang Vocational and Technical College，Xinxiang，Henan 453006;2.Henan ZhongYuanNeiPei Corporation，Mengzhou ，Henan 454750)

At present，China is entering the international market with hitherto unknown speed.The manufacturing industry of our country has been playing a huge role in promoting global economic development.As important basic equipment，the cutting tool technology plays a vital role in the modern manufacturing industry development in various fields.

cutting tool technology;modern;manufacturing industry;influence

TH161

A

1671－3974(2012)03－0063－03

2012－05－16

楊彬彬(1981－)，女，研究生，新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院講師，教學秘書，研究方向:機械制造。