虽然中国已经成为世界加工厂,但与美国、欧洲、日本等工业发达国家和地区相比,作为国民经济支柱产业的制造业劳动生产率还有很大差距,仅为1/20左右。机械制造业劳动生产率低的重要原因之一是刀具和切削技术落后。为了把中国从一个制造业大国变成一个制造业大国,中国刀业协会从中国切割工人的历史责任高度提出“发展切割技术,建设制造业强国”宏伟目标。从2005年开始在团体成员单位进行“中国刀协20工程”活动要求会员单位在2年左右的时间内率先提高20%的切削效率,通过对切削应用技术的培训和先进拉刀的推广。实现这一目标需要各行各业的共同努力。因此,我们也必须清楚地认识到切割理念的三个进步。
增加拉刀投资
近年来,在数控技术和刀具技术的共同推动下,切削工艺进入了高速切削阶段。近年来,刀具材料和涂层技术发展迅速,如PCD,CBN超硬刀具和陶瓷刀具的应用范围不断扩大,涂层硬质合金刀具作为高速切割的主力军,切割性能大大提高。近20年来,切削速度提高了5~10倍,生产效率提高了50%~100%。高速切割的一个特点是,当切割速度上升到一定程度时,由于材料软化等原因,随着切割速度的增加,切割力会下降,大部分热量甚至工件的温升也会减少。但由于刀具材料性能的限制,后一现象目前只在使用PCD只有在加工铝合金和软材料的刀具中才能观察到。高速切削也适用于硬切削、干切削和重切削,是提高切削效率的有效手段。
刀具成本一般只占现代加工制造成本的3%~4%,但对总制造成本的影响要大得多。在计划经济时代,机械加工企业从控制加工成本出发,制定刀具消耗定额,控制成本。我们还提到,一些企业使用低性能焊接刀具进口设备效率高,不能充分发挥设备性能,造成更大的浪费。有人计算生产效率提高20%会降低制造成本15%。现在大部分企业都算过这个账,加大刀具投入,用高速切割来提高生产效率,降低生产总成本,是切割理念的一个进步。
创新拉刀结构
先进刀具有材料、涂层和结构创新三大技术基础。刀具材料主要依靠刀具材料和涂层技术的进步。高速切削可提高切削效率但不是惟一的手段。结构创新也是提高切削效率的有效手段。例如Iscar公司的大量铣刀达到每齿3刀.5mm,Seco公司的复合孔加工刀具可以一次完成钻孔、镗孔和端面倒角。曲轴加工的工艺进步更具说服力,曲轴拉刀的发明使曲轴加工效率提高了10倍。现在出现了更高的效率的曲轴高速铣刀,一次可以加工7个主轴颈。
成功地为国内汽车厂开发了曲轴车拉刀和高速铣刀,并成功地为国内汽车厂开发了曲轴车拉刀和高速铣刀。上世纪八九十年代成都工具研究所在涂层、材料等单项技术都不占优势的情况下,凭借自主知识产权的刀具设计和工艺技术,加上涂层、材料和刀具结构创新技术的综合运用,在高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业的一次成功超越。也有许多例子表明,刀具结构的创新往往能更有效地提高切割效率。为了提高切削效率,我们不能只关注用最好的(通常是最昂贵的)刀具进行高速切削。目前,我国刀具材料和涂装技术与国外还有很大差距,注重刀具结构创新往往是提高切割效率的更有效、更可行的手段。高的效率切削是切削理念的又一次进步,包括高速切削和刀具结构创新。
优化加工过程
在使用先进具提高切削效率后,往往会出现两种新问题:一是提高切削效率的效果被大量的非切削时间冲淡,二是在加工设备不是很先进的情况下,先进工具的成本不堪重负。日本MARZAK公司表示,他们的加工中心只有30%的时间为公司创造利益。瑞士加工中心由东方汽轮机厂进口,其自动记录的切割时间仅为30%左右。随着切削技术的不断发展,人们的认识不断深化:仅仅依靠高性能的刀具来提高加工效率是不够的,通过切削技术的应用提高切削生产效率的潜力仍然很大。
前面说过要进一步提高切削加工效率只靠先进刀具是不够的。我们还应该掌握和运用与切削过程相关的技术,全面提高生产效率。进行刀具结构创新,改善刀具使用条件,合理选用刀具材料和涂层;另外,工艺方式的改革,还有管理手段和相关技术,他们同样是提高生产效率的有效手段。说得更明确一点就是不要只盯着用最好的刀具这一条道,当前更要重视切削应用技术,向70%的时间要效率。
今年5月在厦门举行的2005中国刀协工作会议上,东方汽轮机厂介绍了综合运用切削应用技术全面提高切削加工效率的经验。近年该企业努力推广先进刀具,仅推广可转位刀具就提高生产效率30%。进而他们又在刀具结构创新上下功夫,与株洲钻石切削刀具股份有限公司合作开发先进刀具,还对老式设备进行改造,以使用先进刀具来提高生产效率。最近他们又对全厂工艺配置进行优化、加强管理、进行网络编程和切削过程的计算机模拟等,进一步提高生产效率,用该厂总工艺师王政的话说是“向另外70%的时间要效益”。减少非切削时间的手段还很多,比如机外调刀、快速换刀、随机测量、多工位加工、设置装卸工位、采购可靠性高的设备减少维修停机时间等等。
既要采用先进刀具,同时还要通过管理和应用相关技术优化整个加工过程,实现高的效率加工是最近切削理念的第三次进步。