山东大学 艾兴 来源:《工具展望》 lpB3&H8&
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我国制造业经过半个世纪的艰苦努力,取得了长足的发展和进步,建立了门类齐全、具有相当规模和一定水平的工业生产体系,已成为我国经济发展重要的支柱产业。但是,虽然我国已是位居全球第四位的“制造大国”,但还远远不是“制造强国”。我们的自主创新能力不强,国际竞争力较弱,制造业的人均劳动生产率仅为美国的1/23,日本的1/25,德国的1/18。许多高端重大技术装备(尤其是其中的关键核心技术)主要依赖从国外进口。 5PT5#[
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国务院在“关于加速振兴装备制造业的若干意见”中指出:要以结构调整为主线,优化装备制造业的产品和产业结构,有计划、有重点地研究开发重大技术装备所需的关键共性制造技术、关键原材料及零部件,逐步提高装备的自主制造比例。切削加工技术正是制造业(特别是装备制造业)应用最广泛的关键共性制造技术。全世界每年消耗的加工费用约为1000亿美元,约有10%的金属被切成切屑。通过开发和应用先进加工技术,节约20%是完全可能的。发展毛坯精密成形和高效切(磨)削加工技术是提高加工制造水平最有效的途径。 O%8 EZyu
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一、切削加工制造领域面临的挑战 c!K]J
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机械加工技术的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化。高速切削、高性能(大进给)切削、硬切削、干(准干)切削、复合切削等是最主要的高效率、高质量切削加工技术,在发达国家已成为切削加工的主流和发展方向。在国外,采用先进刀具材料加工铝合金时切削速度为2000~5000m/min(最高可达7500m/min);加工铸铁时为800~1500m/min(最高可达2200m/min);加工钢时为350~700m/min;加工钛合金时为100~400m/min;加工镍基合金时为60~150m/min。车削加工的每转进给量达4mm/r,铣削加工的每齿进给量达4mm/z,钻孔、攻丝、滚齿等的切削速度也大幅度提高。 '' O 7=\
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近20年来,我国的汽车、航空、模具、动力机械、纺织机械、工程机械等行业购置了一大批进口和国产的数控机床与加工中心,其主轴转速在7000~8000r/min(一部分达到12000~30000r/min),工进速度为5~10m/min。这些行业已不同程度地采用了高速切削、大进给切削、硬切削和干(准干)切削等高效切削技术,在汽车和飞机制造业还部分采用了由高速加工中心组成的生产线。加工铝合金的切削速度为1000~2000m/min(有的更高);加工铸铁为500~1000m/min;加工钢为300~500m/min;用陶瓷刀具和CBN刀具加工淬硬钢(50~65HRC)为100~200m/min。个别具有国内领先水平的汽车制造厂高速钢涂层刀具的使用率达85%,可转位刀具的使用率达75%以上。先进切削技术的应用提高了加工效率和表面质量,加快了新产品开发,取得了很好的经济效益和社会效益。 iB[~U3
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但是,目前国内切削加工技术的总体水平仍然很低,传统的切削加工方式尚未得到根本转变。国内刀具材料的使用情况表明,立铣刀、钻头、丝锥、滚刀等复杂刀具基本上仍沿用普通高速钢材料(如高速钢滚刀占到94%,硬质合金滚动仅占6%,且主要是未涂层滚刀);车刀、镗刀、面铣刀的刀片材质主要为普通的YG、YT硬质合金;涂层刀具的比例约为15%(发达国家涂层刀具比例为60%~70%以上);陶瓷刀具、CBN刀具、金刚石刀具的使用率也很低。调查发现,国内数控机床和加工中心的使用效率普遍较低。例如,某飞机制造企业在主轴转速24000r/min的龙门式加工中心上加工大型机身整体铝合金件时,多年来一直使用φ20~32mm高速钢立铣刀(未涂层)以6000~7000r/min的转速进行加工;某纺织机械厂在多台主轴转速6000~7000r/min的立式加工中心上加工铸铁工件时,长年使用高速钢立铣刀以2000~3000r/min的转速进行加工,加工效率很低。调查还发现,国内不少企业常常把加工中心当作一般数控机床使用,加工时不用刀库,转换工序或在同一工序中加工另一个工件时,仍采用人工换刀。调查表明,国内加工中心开动率平均仅为58.7%(国外一般在70%~80%以上)。 9iUr nG*
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总之,使用普通刀具的传统切削加工目前仍是国内切削加工技术的主流。就切削速度而言,铸铁、钢件的端铣和镗孔加工(包括涂层刀具)为80~250m/min,钻孔(高速钢)加工为20~50m/min,攻丝加工为6~10m/min,滚齿加工为25~50m/min。更为严峻的事实是,虽然国内已有一批工具企业从生产传统的标准高速钢刀具发展到以生产硬质合金刀具为主,使国产高效切削刀具在国内开始占有一席之地,但在整个国内高效切削刀具市场上,国产刀具的占有率仍然只有10%左右。除个别刀具国产化工作开展较好的企业外,国内大部分轿车生产企业几乎所有的刀具全部依靠进口(国外有名的刀具制造商几乎都在国内设有工厂或代理商)。国内高效刀具生产现状与国外先进水平的差距甚至比在数控机床方面的差距更大。 /U&Opo
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国内制造业尤其是装备制造业新产品开发能力弱、周期长,市场竞争能力差的原因比较复杂,但归根结底,主要是对坚持自主创新,发展先进制造技术,提高研究开发新产品的能力和加工制造水平的重大意义认识不清,科技投入不足。不少企业领导比较重视购买先进设备,而忽视先进制造工艺的研发和应用,认为我国劳动力便宜,加工制造效率不是大问题,生产任务紧张时大多采用工人加班加点及增添设备的措施来应付,而很少着眼于研究开发和推广应用先进加工制造技术,充分发挥设备潜力,大力提高生产效率。 (xHf4[[u
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面对制造业全球化、市场化、信息化和绿色化的挑战以及我国切削加工行业存在的问题,坚持自主创新与引进技术相结合,发展和应用先进制造技术,大力提高开发及制造新产品的能力和水平,是我国做强制造业(特别是装备制造业)的必由之路。 c2t=_aAIPQ
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二、高速切削加工技术的发展和应用 G s+3e8
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