盡管中國已經(jīng)成為世界加工廠,但作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的制造業(yè),其勞動生產(chǎn)率與美、歐、日等工業(yè)發(fā)達國家和地區(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)落后是機械制造業(yè)勞動生產(chǎn)率低下的重要原因之一。為了把我國從制造大國變成制造強國,中國刀協(xié)從中國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)制造強國”的宏偉目標(biāo)。并從2005年起在團體會員單位開展“中國刀協(xié)20工程”活動,即要求會員單位通過對切削應(yīng)用技術(shù)的培訓(xùn)和先進刀具的推廣,用2年左右的時間率先實現(xiàn)提高切削效率20%的目標(biāo)。這個目標(biāo)的實現(xiàn),需要各界的共同努力,為此,我們也必須清醒地認(rèn)識到切削理念的三次進步。
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)的共同推動下,切削加工進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%。高速切削有一個特點,就是當(dāng)切削速度上升到一定程度時,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,同時由于切屑帶走了大部分熱量甚至工件的溫升也會減小。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)代加工中刀具費用一般只占制造成本的3%~4%,但它對總制造成本的影響卻要大得多。計劃經(jīng)濟時代,機械加工企業(yè)從控制加工成本出發(fā),制訂刀具消耗定額、進行成本控制,我們也曾提到有些企業(yè)高效率的進口設(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的事實。有人計算過生產(chǎn)效率提高20%會使制造成本降低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步。
創(chuàng)新刀具結(jié)構(gòu)
先進刀具有三大技術(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、材料等單項技術(shù)都不占優(yōu)勢的情況下,憑借自主知識產(chǎn)權(quán)的刀具設(shè)計和工藝技術(shù),加上涂層、材料和刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)的綜合運用,在高強度石油管螺紋刀具上實現(xiàn)了對國外知名企業(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)刀具來進行高速切削。在目前我們刀具材料和涂層技術(shù)與國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)的各種手段實現(xiàn)高效切削,是切削理念的又一次進步。
優(yōu)化加工過程
運用先進刀具提高切削效率后又常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間所沖淡,二是在加工設(shè)備不太先進的情況下先進刀具的費用不堪重負(fù)。日本MARZAK公司稱他們的加工中心只有30%的時間在為公司創(chuàng)造效益。東方汽輪機廠進口的瑞士加工中心,其自動紀(jì)錄的切削時間也只有30%左右。切削技術(shù)在不斷發(fā)展,人們的認(rèn)識在不斷深化: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。
前面說過要進一步提高切削加工效率只靠先進刀具是不夠的。我們還應(yīng)該掌握和運用與切削過程相關(guān)的技術(shù),全面提高生產(chǎn)效率。進行刀具結(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%的時間要效率。
今年5月在廈門舉行的2005中國刀協(xié)工作會議上,東方汽輪機廠介紹了綜合運用切削應(yīng)用技術(shù)全面提高切削加工效率的經(jīng)驗。近年該企業(yè)努力推廣先進刀具,僅推廣可轉(zhuǎn)位刀具就提高生產(chǎn)效率30%。進而他們又在刀具結(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)先進刀具,還對老式設(shè)備進行改造,以使用先進刀具來提高生產(chǎn)效率。最近他們又對全廠工藝配置進行優(yōu)化、加強管理、進行網(wǎng)絡(luò)編程和切削過程的計算機模擬等,進一步提高生產(chǎn)效率,用該廠總工藝師王政的話說是“向另外70%的時間要效益”。減少非切削時間的手段還很多,比如機外調(diào)刀、快速換刀、隨機測量、多工位加工、設(shè)置裝卸工位、采購可靠性高的設(shè)備減少維修停機時間等等。
既要采用先進刀具,同時還要通過管理和應(yīng)用相關(guān)技術(shù)優(yōu)化整個加工過程,實現(xiàn)高效加工是最近切削理念的第三次進步。