机械刀具生产关键技术探讨

发表时间:2018/10/8   来源:《新材料.新装饰》2018年5月下   作者:姜飞宇
[导读] 国外研究表明:刀具的质量直接影响到制成成本的机床费用和人工费用,但我国较低的制造水平却限制了这个影响。但其投入小见效快的特点也可以收到较好的效果。试述了刀具生产的关键技术开发与应用,从材料大、涂层、多功能及成套刀具切削技术等多个方面展开讨论。

(哈尔滨第一工具制造有限公司,黑龙江 哈尔滨 150078)
摘要:国外研究表明:刀具的质量直接影响到制成成本的机床费用和人工费用,但我国较低的制造水平却限制了这个影响。但其投入小见效快的特点也可以收到较好的效果。试述了刀具生产的关键技术开发与应用,从材料大、涂层、多功能及成套刀具切削技术等多个方面展开讨论。
关键词:机械刀具;关键技术;切削;涂层

 
        当前,基于我国众多领域行业之中更多的选择应用普通机床,或是应用服务超过期限的机床,加之人工投入费用不高,因此选择刀具并不会对生产制造成本产生极为明显的影响。然而,由于该类机床所需的投入有限,且效果较为明显见效更加快速,因此比较符合我国当前众多企业发展的现实状况,即条件不同,却仍旧可以收效明显。实际上,这恰恰是影响我国机械刀具生产加工实力的重要因素。为真正的减少同工业发达地区的现实差距,我国刀具制造生产单位应积极努力、不断创新,做好关键技术手段的开发研究以及综合应用。
        一、新型刀具材料开发应用
        刀具材料更新发展为推动切削加工生产技术不断优化的一项重要因素,纵观机械加工生产工业建设发展历程,我们可以明确刀具材料的不断更新发挥了极为重要的影响作用。本世纪初期,机械刀具生产加工材料的更新历程包含两类较为重要且具代表性的趋势。首先,硬质合金材料刀具实现了更加广泛的应用,同时碳氮化钛合金,也就是金属陶瓷、细微颗粒的硬质合金、具备梯度结构的合金或是高速钢符合粉末等新兴材料取缔了较高比例的高速钢材料生产刀具。具体种类包括钻头、丝锥以及立铣刀等较为普遍且通用型的刀具,还包括齿轮滚刀或是拉刀等设计生产更为复杂且精密性更高的刀具。采用该类型刀具将大大提升切削生产的速率,取得事半功倍的工作效果。该发展阶段中硬质合金渐渐发展成为机械刀具的重要材料之一,同时涉及到了更多的常规生产加工范畴。
        另外,机械生产加工领域,硬质刀具材料逐步得到了广泛应用,伴随CNB韧性的不断优化完善,其在切削刀具领域之中的应用百分比明显增加。当前,单晶金钢石以及PCD逐步变成了具备较高精密性、创新性的材料,可用于生产一些非金属材料的刀具,例如有色金属刀具、玻璃、陶瓷或是石墨材料刀具等。伴随汽车工业、国防军工、电子信息领域、航天航空等企业单位对该类材料应用需要的持续扩充,PCD也实现了更加广泛全面的应用。
        二、加快涂层技术的开发
        刀具涂层技术,对刀具性能的改善和加工技术的进步起着举足轻重的作用,刀具表面涂层技术可使切削刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率及刀具使用寿命,因此该项技术已成为满足现代机械加工高效率、高精度、高可靠性要求的关键技术之一。涂层刀具也已成为现代刀具的标志,在刀具中所占的比例已超过50%。
        目前我国刀具涂层技术的发展正处在一个十分关键的时刻,尤其是PVD涂层技术,一方面原有的技术已不能满足切削加工日益变化的要求;另一方面国内各大工具厂涂层设备已到了必须更新换代的时期,因此有计划、按步骤的发展PVD技术,不仅能促进我国切削刀具产品技术水平的提高,而且还可获得巨大的经济效益和社会效益。
        从世界发展的角度来看,涂层刀具的比例不仅会有进一步增加,更有望在技术上获得突破。不仅要突破CBN涂层技术,并且日趋实用化,CBN的优良性能将会在越来越多的刀具和切削加工中得到应用和推广,包括高度精密复杂刀具以及成型刀具,这意味着加工黑色金属的切削水平的全面提高。此外,最新概念的纳米技术也应用在刀具涂层上,纳米级超薄、超多层涂层和氮化碳等新型涂层材料的开发应用速度将大大加快,涂层表面技术将成为改善刀具性能的最主要的途径之一。



        三、多功能专用刀具研发应用
        为全面激发车削加工以及镗铣加工为核心代表的各类数控加工处理手段内在优势,显著提升加工生产效率,在加工处理复杂零件的过程中,要注意一次装夹时完成多道工序集成统一加工,合理的消除以往车、镗以及螺纹加工各个切削工艺的限定,这样可显著提升数控机床生产效率,使开发产品的渠道全面拓宽、途径更加有效。这样一来势必对刀具生产提出了更多功能上的需要,即一类刀具应可以完成各个工序的零件加工,降低换刀的频率,缩减生产操作的时间,并有效控制选配应用刀具的品种、总量以及库存率,对降低管控成本、节约制造投入极为有利。当前,性能品质优秀的多功能刀具包括车刀、镗铣刀等。批量生产线之中,就工艺所需开发专用以及智能刀具,可全面提升生产加工速度以及操作精度节省投资。一些专用刀具可缩减加工零部件的时间至低于原先的十分之一,由此可见,其效果尤为明显。当前,选择结构设置更加复杂、体现多刀组合模式同时可自动完成进给步骤、调节精密性的专用刀具,变成了判断生产线技术等级的核心内容。在上世纪后半期,新创建的车辆变速箱齿轮加工生产线上,通过筒拉刀拉齿取缔了以往的插齿机,这样一来生产一个齿轮仅仅需要十三秒。较以往工艺技术提升的速度高达几倍,且可确保产出的品种质量更加可靠稳定,并可节约了大量的厂房面积。因此可以说开发研究通用型、多功能型、专用型刀具渐渐变成今后工具产品一项不可缺少的组成内容。
        四、提供成套切削处理技术
        工具制造业要更新观念,把用户提供成套切削加工技术、革新加工方法作为发展方向和服务的内容。要从现在以“卖刀具”为主转向为用户“提供成套切削技术,解决具体加工问题”的经营轨道,并根据自己产品的专业化方向,精通相应的切削工艺,不断创新开发新产品。随着工具制造企业对参与并影响切削加工的因素有了更加科学的认识和切削加工技术不断进步,用于新产品、新技术开发,规格品种多达数万个,刀具材料、涂层牌号、结构等的新产品和新技术日新月异的,这使得一般用户在应付不断涌现的各种加工难题,很难正确地选择和应用工具待业的新成果,以达到最佳的效果。另一方面,切削刀具的用户行业,要充分挖掘切削加工和刀具的潜力,提高产品的开发能力,利用工具待业这个专业力量及其成果为企业的发展和提高市场竞争力服务。
        此外,切削技术的发展一方面要关注工业发达国家制造业、工具行业,不断借鉴,另一方面机床、工具及产、学、研、用要紧密结合。在国外汽车工业中,汽车制造商、机床制造商所占份额都在20%左右,以调整切削为例,德国的高速切削技术由协会牵头,以达姆塔特工业大学制造技术研究所为基地,由著名的工具厂、机床厂、汽车厂参加,与此相仿,美国由国家标准和技术研究所与麦道公司、宾夕法尼亚大学等单位,研究高速铣削时切削过程的动态性能,以提高高速铣削的效率和加工精度,法国高速切削技术革新开发项目的参加单位包括机床厂、汽车厂、国家技术研究所和大学,这些国家的做法反映了新世纪制造技术及切削加工的发展特点。
        结束语
        综上所述,机械刀具生产只有不断更新技术手段,提供成套切削处理技术、研究开发多功能专用刀具、积极开发应用涂层技术、创新引进新型刀具草料,方能达到事半功倍的工作效果,提升实践生产加工效率以及刀具整体质量,满足各行业领域生产需要,进而真正实现又好又快的全面发展。
参考文献
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[2]王新永,陈旭辉,韩军,等.复合材料机械加工适用刀具的模糊综合评判分析[C].第十八届全国复合材料学术会议,2014.
[3]原俊卿.机械数控加工过程中刀具的合理使用控制与研究分析[J].科技风,2015(2).
 

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