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切削技术与刀具工业的新时代

时间:2009-5-15 16:59:12 中国废旧物资网  免费注册赢积分 编辑:小博

1 引言

在信息技术等高新技术的带动下,机械加工技术进入了“高速、高效、智能、复合、环保”的发展新阶段,出现了高速(效)切削、近净成形、柔性化加工、五轴加工、复合加工机床、网络制造、绿色制造等新的制造技术及装备,为制造业开发新产品、提高加工效率和加工质量、降低制造成本、缩短交货周期、保护生态环境、降低能源和资源消耗发挥了重要的作用。在上述新加工工艺及装备中,切削加工的新技术及刀具以其重要的基础地位以及应用面广、实用化程度高、见效快、成效显著等特点,其进展尤为突出,成为当今先进制造技术中的亮点,对制造业的发展和制造技术的进步起到了十分重要的作用。

在高新技术的带动和制造业发展的影响下,当代切削技术的进步和刀具工业的变化显现出质的飞跃。例如,作为现代切削技术显著特征的高速切削,它的问世及实用化是制造技术在信息技术等高新技术的带动下和数控加工技术全面进步的基础上所达到的切削新水平,切削速度5~10倍的提高,以至于在用硬质合金刀具加工某些材料时,可达到的切削速度已超过了切削机理变化的临界点,切削温度随切削速度的提高而降低。因此,代表着一种新的切削工艺的诞生,标志着切削加工进入了一个新的阶段。

在切削技术取得阶段性发展的同时,也带动着刀具工业的快速发展。为适应现代制造业发展的需要,刀具工业的内涵、作用、地位也发生了重大的变化。从单纯的刀具产品生产、供应,扩大至新切削工艺的开发,及相应的配套技术和产品的开发,并从单纯刀具供应商的地位上升至成为用户企业提高生产效率和产品质量、降低制造成本的重要合作伙伴,显示出一个新型刀具工业的雏形。

从时代变迁的高度来了解和认识切削技术、刀具乃至刀具工业的发展和变化,对于正在建设制造强国的我国工业界具有重要的现实意义,将加强我们对发展我国切削技术的紧迫感和责任感。应当说,加快我国切削技术的发展和刀具工业的变革,还具有相当的紧迫性。

2 切削刀具实现了向高科技产品的飞跃

在传统的机械加工企业里,刀具曾长期被列入低值易耗品的管理范围。这一方面反映出对刀具重要性的忽视,另一方面也是对当时刀具产品技术含量低下的客观反映。从上世纪70年代以来,随着数控机床发展而发展起来的所谓“数控刀具”,引领着切削刀具朝着三高一专(高效率、高精度、高可靠性和专用化)方向不断发展,把传统的刀具产品发展成为高附加值、高科技含量的产品。目前,在刀具材料、涂层技术、刀具结构等方面所取得的进展均属于当代材料、信息学科、计算机、微电子应用技术的最新成果。

首先,是在刀具材料和涂层技术方面。刀具材料的现状是:各种刀具材料的性能都有显著提高,形成了每种刀具材料既有独特的优势和使用范围又相互取代补充的格局,使切削加工的各领域、各工序的效率和总体水平有显著的提高。硬质合金成为刀具的主要材料,出现了适用于做涂层基体的倾斜机能材料;适合做量大面广的钻头、立铣刀、丝锥等通用刀具和IT产业微型刀具的细颗粒、超细颗粒硬质合金材料;这类硬质合金的强度超过3000N/mm2,甚至达到4000N/mm2以上,为普通硬质合金材料的1倍,从而扩大了硬质合金刀具的应用范围。近年来,涂层技术取得了重大的进展,能针对刀具不同的加工对象及使用要求开发多种牌号,或复合多层、梯度结构、纳米结构的涂层。最新的AlCrN涂层和TiN-Si3N4纳米结构涂层, 其涂层的硬度分别达到HV3200和HV4000,耐氧化温度达到1100℃,显著地提高了刀具的切削性能,是材料科技领域里的最新研究成果。又如已实用化的金刚石涂层和正在开发的CBN涂层都属于高新技术的范畴。刀具材料和涂层技术的进步,不仅提高了标准通用刀具的性能,而且也提高了齿轮滚刀、剃齿刀等精密复杂刀具的性能,为切削刀具性能的升级换代奠定了基础。

其次,以可转位刀具为代表的通用的车、铣和孔加工刀具及专用的、复合的、智能的刀具,其创新的结构、优良的性能、复合的功能、高的加工效率和精度也充分说明了刀具是现代科技的结晶。应用在大批量流水生产线上的专用刀具其功能已远远超出普通刀具的概念, 它不仅能把多道工步组合在一道工序里,提高加工效率和精度,而且能和专用机床一起共同开发新的加工方法,还起到节省投资的效果。随着复合加工数控机床的兴起,出现了一刀多用的复合刀具或多功能刀具,减少换刀的次数,为发挥复合加工机床的优势起到了重要的作用。带有光电传感、测量和伺服补偿机构的智能刀具,可根据测量的结果自动调节刀具的尺寸,分辨率达到0.002mm;一种在刀具里集成着3个加速度传感器的铣刀,可实时采集切削过程的信息,经数控系统处理后,使机床始终保持在最佳状态。

此外,众所周知的HSK工具柄———机床与工具接口,是一项重大的技术创新。与传统的7:24刀柄比较,不仅提高了刀具与机床连接的精度和刚性,而且作为一项锥柄装夹定位的共性技术,其原理已被应用到砂轮法兰与主轴的连接及工具系统的连接中,对制造技术产生广泛的影响。

如果把“数控刀具” 的概念理解为高科技含量、高性能刀具的话,那么,可以说,切削刀具已全面进入了“数控刀具”的时代,使切削加工总体效率成倍提高。

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