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切削速度是提升切削效率的根本?

2013年04月18日 15:50中国机床商务网点击:5689

  JC35导读:科技的不断发展,刀具技术的成熟,使得我们可以用更高的切削速度来提升切削效率。但是,研究发现,当切削速度不断提升的基础下,而我们的切削效率并没有像我们想象的提升那么多。
  
  以往我们所说的切削技术主要指刀具技术和切削应用技术。随着切削理念的不断更新,现代切削技术还涉及了刀具管理、相关技术和先进管理等领域,而指导我们应用现代切削技术提高生产效率的还有先进的切削理念。近年来,切削理念的不断更新极大地推动了切削技术的进步和加工效率的提高。
  
  在数控技术和刀具技术的共同推动下,切削加工已进入了高速切削的阶段,近二十年切削速度提高了5至10倍,切削加工效率提高了50%到100%。切削速度提高到一定数值后随着切削速度的增加切削力反而下降,在更高的切削速度下工件的温升也随之降低。现在新型硬质合金涂层刀具、各种超硬刀具已广泛用于汽车、航空、航天和模具等行业各种材料的高速切削加工,包括干切削、重切削和硬切削加工,有效地提高了加工效率和产品质量。
  
  几年前国外有人预言“超硬刀具、高韧性陶瓷材料和超硬涂层是切削加工的未来”。现代汽车制造业和航空航天工业用PCD刀具铣削铝合金的速度达到4000~7000米/分;CBN刀具精镗铸铁缸孔的速度达到2000米/分,还成功地用于淬硬轧辊的粗加工;新型超硬涂层牌号的硬度达HV4000,可承受800~1100℃的高温。随着超硬刀具材料和涂层技术的迅速发展,高速切削将会得到更广泛的应用。
  
  现代加工中刀具费用只占制造成本的3%~4%,但它对总制造成本的影响却要大得多。加工效率提高20%,加工成本可降低15%,而刀具价格下降20%,加工成本只能降低0.6%,刀具寿命延长一倍加工成本也只降低1.5%。有的加工企业制订刀具消耗定额进行成本控制,甚至在高效率的进口设备上使用低性能的焊接刀具,难以发挥设备性能反而造成更大浪费。
  
  于是,越来越多的人认识到:加大刀具投入进行高速切削加工,是提高加工效率和降低生产成本的有效手段。这是近年来切削理念的一次进步,切削加工也因此而进入了高速切削时代。
  
  先进刀具有三大技术基础:材料、涂层和结构创新。目前我国的刀具材料和涂层技术与国外还有较大差距,在使用常规加工设备的场合下,注重刀具的结构创新同样是提高切削效率的有效和更为可行的手段。
  
  例如Iscar公司的大走刀量铣刀每齿走刀量达到3.5mm,Seco公司的复合孔加工刀具一次走刀就能完成钻、镗孔和端面倒角等。曲轴加工的工艺进步更具有说服力,从早期的曲轴车加工发展到内铣加工,而九十年代曲轴车拉刀的发明成十倍地提高了曲轴加工效率,现在又出现了效率更高的曲轴高速铣刀,一次走刀就可完成七个主轴颈的加工。东风汽车公司量刃具厂已经成功地为国内汽车厂开发了曲轴车拉刀和高速铣刀并成功用于生产。上世纪九十年代,成都工具研究所在涂层、材料的单项技术都不占优势的情况下,凭借自主知识产权的刀具设计和工艺技术,加上涂层、材料和刀具结构创新技术的综合运用,在高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业的一次成功超越。还有许多例子都说明刀具结构创新也有效地提高切削效率。
  
  高速切削只是提高切削效率的手段之一,我们应采用高速切削和刀具结构创新等多种手段实现高效切削,从高速切削到高效切削,是切削理念的又一次进步。
  
  我们注意到近二十年切削速度提高了5~10倍,但加工效率只提高了50%到100%。原因之一在于切削效率提高的效果被大量的非切削时间抵消了。日本MARZAK公司说他们的加工中心只有30%的时间在为公司创造效益。东方汽轮机厂进口瑞士加工中心上自动纪录的切削时间也只有30%左右。切削技术在不断发展,人们的认识也在不断深化:在提高加工效率的努力中不光是高速切削和高效切削,通过切削应用技术提高切削生产效率的潜力还很大。
  
  东方汽轮机厂近年推广可转位刀具就提高生产效率30%。进而他们又在刀具结构创新上下功夫,与株洲钻石切削刀具股份有限公司合作开发先进刀具,还对老式设备进行改造以使用先进刀具来提高生产效率。去年他们又对全厂工艺配置进行了优化、加强管理、采用网络编程和切削过程的计算机模拟等手段减少非切削时间,“向70%的时间要效益”。降低非切削时间比例的方法很多,如机外调刀、自动装载机、随机测量、设置装卸工位、采购可靠性高的设备减少维修停机时间等等,在管理手段上优化工艺配置、做好工序平衡以缩短工件周转和等待时间都是有效的方法。
  
  在采用先进刀具实现高效切削的同时,还要应用相关技术和管理手段优化整个加工过程实现高效加工。
  
  从高速切削到高效切削,再到高效加工,我们把这个过程称作切削理念的3次进步。提出这3个切削理念为实现“发展切削技术,建设制造强国”的目标指出了多种的途径,各企业应根据各自条件采取适合于自己的方法,有效地提高加工效率。
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