浅析刀具技术在现代制造业中的影响

杨彬彬，徐 超

(1.新乡职业技术学院，453006;2.河南中原内配股份有限公司，454750)

浅析刀具技术在现代制造业中的影响

杨彬彬1，徐 超2

(1.新乡职业技术学院，453006;2.河南中原内配股份有限公司，454750)

目前我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场，其中我国的制造业将对全球经济的发展起到巨大的推动作用。刀具技术作为切削加工中重要的基础装备，对现代制造业在各个领域的发展有着至关重要的作用。

刀具技术;现代;制造业;影响

目前我国正在以前所未有的速度进入全球化的国际市场，开发和应用适合国情的现代制造技术势在必行，因为制造技术的先进性决定了我国制造业在全球范围市场的竞争力。

在制造业技术中，基础行业如刀具技术、高速加工技术与切削加工工艺相结合，大大降低了机械加工制造中的劳动强度，大大缩短了辅助时间及生产准备时间，同时还大大提高了生产效率和产品质量，对我国制造业的发展起到了积极的推动作用。目前切削加工工作量约占到整个机械加工工作量的90%，所以，现代切削技术是制造技术的主力军之一，机械切削加工在整个21世纪仍是机械制造业的主导加工方法。所以，作为切削加工中重要的基础装备，现代刀具技术对现代制造业的发展有着至关重要的作用。

1.一般制造业中刀具在切削加工中的重要性

切削机床的飞速发展为现代制造业的发展提供了基本的前提和技术保障，但无论何种金属切削机床，都依靠与工件直接接触、从工件上切除材料的切削刀具才能发挥作用。切削刀具的性能和质量直接影响到切削机床生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造业的生产技术水平和经济效益。在一般机械加工中，金属切削机床和切削刀具是机械加工的基础工艺装备。目前切削机床正在不断更新换代，高速主轴转速可达10000－50000/min，有的甚至可达150000r/min;采用滚珠丝杠的进给机构其速度可达40～60m/min，直线电机可达90～120m/min。

正因为如此，国外制造业才有“企业的红利在刀刃上”的说法，在中国类似的说法如成语中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不误砍柴功”等，都是对刀具在切削加工中的重要性的极为生动而深刻的描述。一根10万千瓦发电机转子轴，其净重约为15吨，而其锻件毛坯达40～60吨，需切除的切屑占了零件毛重的40%以上，很难想象如果没有现代化的高效的切削刀具如何能完成这样巨大的加工任务。某切削与机床方面的权威专家对此作了如下评价:“刀具技术对降低切削成本比其它任何过程的改进更具有潜力，选择和应用现代高效切削刀具是降低生产成本、获取最大经济效益的必须。”

2.在现代数控机床中，高效的切削刀具功不可没

正如某专家所说:“一台价值30万美元的高级数控机床，其生产效率的发挥在很大程度上取决于一把价值30美元立铣刀的性能”。

在现代制造技术体系中，切削刀具和机床，是两个相对独立的子系统，但两者又相辅相成，共同推动现代制造业向前发展，在数控机床系统中尤其如此。

目前，随着现代数字化制造技术的蓬勃发展，以“高效率、高精度、高可靠性”为特点的现代高效切削刀具，正在迅速取代传统标准刀具，成为数字化制造系统中的最终执行部件，在机械加工中发挥着不可替代的关键作用。由于其优良的性能，极高的加工效率，完美的加工质量，尽管价格大大高于传统标准刀具，但仍然能使制造业提高劳动生产率和降低成本，获得更大比例的经济收益。

据有关资料统计，全球制造业每年的切削加工费用，达到5000亿美元以上，其中刀具费用为400亿美元左右。在发达国家制造业中，近年来大量采用现代高效切削刀具，每年仅此节约成本达1000亿美元，远远高于在高级刀具上的投资。所以，世界各国都把发展现代高效切削刀具作为提高制造业竞争力的重要手段。“在加工过程中，切削刀具是生产力，不是消耗品”这个观念，在发达国家已形成共识，切削刀具消费在其制造业成本中的比重达到3%～4%。而在中国制造业中，多数中小企业仍依靠廉价劳动力作为降低成本的主要手段，而很少关注通过改进加工手段来提高效率，所以目前中国制造业的刀具消费水平普遍较低，仅占制造成本的1%～2%。

在德、美等制造业强国，现代数控机床和高效切削刀具呈现一种相互协调、平衡发展的态势，目的是为现代制造业提供一个充分发挥装备潜力的最佳配置和解决方案。在发达国家，经济稳定发展的正常年份，每年的刀具消费规模，大体稳定在机床消费的1/2左右。例如，日本机床年消费额在60亿美元时，同时刀具消费在30亿美元上下。但是，发达国家这种机床与刀具协调平衡发展的规律性在中国并未出现，最近10年中，中国制造业发展中机床消费一马当先，把刀具消费远远抛在后面，这种奇怪的现象已经成为中国机床工具行业发展的一大缺陷。如:2011年，中国机床消费达到了295亿美元的创纪录水平，而刀具消费为50亿美元，仅为机床消费的17%，大大低于发达国家50%左右的水平，但总体来说，中国切削刀具的发展会像发达国家一样快速发展的。所以，在中国，一此有志之士正在努力研发现代高效刀具，以迎合这种世界性的大趋势。

3.在其它一些特殊领域中刀具的重要性也日益增加

如在汽车行业中，内燃机和变速箱是关键件。然而，内燃机和变速箱的制造涉及大量复杂的机械加工流程，其复杂性与精密程度要求采用广泛多样的加工工艺。汽车发动机专家正在竭力提高效率，制造更高效、更微型的部件单元。同时，更高的性能也左右着机械加工;更先进的材料也更难加工。以铸造材料为例，轻型铝、镁的比重不断增加，以减轻机件重量，显然加工轻型金属材料要求采用的工艺与加工钢铁或铸铁是迥然不同的，这些趋势同时伴随着不断加剧的时间与成本压力。

这对现代切削刀具制造的发展带来了机遇和挑战，他们研制出各种各样的高性能高效刀具来为现代机床生产过程服务。如，加工中心要求刀具能适用于不同材料、不同要求以及不同的加工策略。切削时要动作柔和，以将切削力降到最低，却不应影响到加工数量。此外，由于更换切削刃和刀具都要耗费时间，所以需要保证较长的刀具使用寿命。任何负责生产的人都想尽可能地减少刀具的更换。而目前的高效率刀具已经可以解决上述的问题。

有一种全新的铣削刀具，可以极大地提高发动机组和变速箱体上大面积端面铣的加工速度。有7个切削刃的可转位刀片为负型刀片，可180°旋转，实际达到14个有效切削刃。这种有多个切削刃的可转位刀片配备在七面铣刀上，适用于铸铁加工，并确保最大的生产可靠性。至于铝合金或镁合金工件的加工，现代高效率刀具只需进行细微的调整就可以切削汽缸盖或者变速箱体表面。该刀具设计保证了将加工噪音降到最低。铝基体刀具适用加工中心的高速加工，高强度钢刀座可保证其适用于一些特殊加工。一些刀具可实现复杂运动，可一次完成半精加工和精加工。其精确度和加工可靠性极高。由于至少减少了一个换刀次数，所以二次加工的次数也降低到最小。辅助以特殊的加工方式，使用一种整体硬质合金钻头可加工出长径比为70的孔。等等。

4.刀具供应商正在全力研制开发更加高效的刀具，以适应现代制造业的需要，甚至推动现代制造业的发展

为了使用户尽可能达到赢利最大化、效率最高化、质量最优化，众多的刀具供应商正不断在关键技术上进行改进及创新，如使用新型的刀具材料、研制更高性能的刀具涂层、开发更加高效的刀具结构等。刀具材料方面硬质合金正在取代高速钢成为高效刀具的主要材料，超硬刀具材料如陶瓷的使用比重也在大幅增加，这样大将机床的范围不断扩大，如加温度由普通的800℃提高到了现有的1200℃，并实现了更加优越性能的干切削、硬切削。刀具涂层技术方面如PVD正处于高速发展阶段，金刚石涂层得到进一步的应用，这些新技术在机床切削加工中取得了满意和令人惊叹的效果。刀具结构的新技术体现在切削负荷的合理分布、开发三维断屑槽形、带前角的螺旋形刀刃铣削刀片等方面，另外几何参数更趋合理也使得刀具性能得到改善和提高，灵活的结构使现代刀具实现了高强度与高精度的完美结合。总之，刀具供应商不再只是单纯地供应所需的刀具，而是针对现代机床特别是数控机床在加工中出现的复杂的加工问题，进行研究并给出可用的解决方案，有的时候，现代刀具潜力的发挥到不单单是一个机床部件，更是超前于机床加工的实用性，甚至可以扩展机床的功能。

［1］武文革，辛志杰.金属切削原理及刀具［M］.国防工业出版社，2009

［2］袁哲俊，刘华明.孔加工刀具、铣刀、数控机床用工具系统［M］.机械工业出版社，2009

［3］胡建新.数控加工工艺与刀具夹具［M］.机械工业出版社，2010

［4］(日)梅沢三造，菅野成行.硬质合金刀具常识及使用方法［M］.机械工业出版社，2009

Elementary Analysis of the Influence of Cutting Tool Technology in Modern Manufacturing Industry

YANG Bin－bin1，XU Chao2
(1.Xinxiang Vocational and Technical College，Xinxiang，Henan 453006;2.Henan ZhongYuanNeiPei Corporation，Mengzhou ，Henan 454750)

At present，China is entering the international market with hitherto unknown speed.The manufacturing industry of our country has been playing a huge role in promoting global economic development.As important basic equipment，the cutting tool technology plays a vital role in the modern manufacturing industry development in various fields.

cutting tool technology;modern;manufacturing industry;influence

TH161

A

1671－3974(2012)03－0063－03

2012－05－16

杨彬彬(1981－)，女，研究生，新乡职业技术学院讲师，教学秘书，研究方向:机械制造。