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汽车工业切削与刀具技术发展现状
1.汽车工业快速发展对刀具的需求 近年来,中国汽车制造业发展异常迅速,国内各大汽车集团都在加大投资,不少民营企业也加入了汽车或其零部件制造的行列。世界各大汽车公司及著名的汽车零部件厂商几乎都已来到中国,或是合资或是独资,都设法加入在中国制造汽车及其零部件的热潮。与汽车制造特别是汽车所需的发动机、变速箱、传动轴、车桥等零部件制造相关的机械加工及金属切削工作量激增,从而对与机械加工和金属切削紧密相关的刀具的需求不断上升,同时也出现了很多新的要求。当前汽车工业发展的特点是竞争加剧,对客户满意度的要求进一步提高,要求能够根据市场的需求及时推出新的产品或转换新的型号生产,生产的柔性化要求提高。当市场对某种产品有需求时,必须抓住机遇,生产出足够满足市场需要的产品,生产量的增长可能是陡增的,要求为生产作支持的刀具也必须适应这种要求和变化,能够及时地提供并在数量和质量上保证满足生产的需要。汽车零部件制造的质量要求也在不断提高,无论是加工精度、形位要求还是表面质量要求都有了新的提高。同时,为了满足新的产品量控制的要求,要求对所生产的产品有很好的追溯性,也就是对产品制造的全过程进行控制,当发现产品有质量问题时能清楚地了解在哪个环节出的问题,以及受到影响的产品有多少以及发生在什么地方,要求对产品制造过程中的重要影响因素——刀具进行完善的控制和追溯,刀具方面必须能对生产现场的问题作出及时、快速的响应,提供有力、高效的技术支持,并能控制和追溯刀具的制造过程。面对激烈的市场竞争,汽车工业正在全面实行精益生产,同时要求不断降低刀具成本,对刀具物流、库存等的要求也提高了。与此同时,由于环境保护、健康和职业卫生等方面标准和要求的提高,汽车工业对这些方面的考虑和控制也更多了,对金属切削及刀具有了新的更高的要求。所有这一切都要求切削及刀具行业不断开发新技术、新材料、新工艺及新的管理方法,以适应汽车制造过程中不断出现的新技术、新材料和新工艺及新的管理体系。 2.向柔性化和高速加工发展 为适应市场变化的需求,汽车产品及其零部件更新变化越来越快,过去大量采用的专机或刚性自动线由于其不便于更换生产品种或改造费用昂贵,已不能适应这种快速变化的市场需求。所以,现在汽车零部件加工的生产线已越来越多地采用柔性生产线,或柔性加工设备与专机结合组成的加工生产线,特别是在新的项目中更是倾向于采用柔性加工线,大量采用加工中心,在一条生产线上可生产不同规格的零件,以满足不同的产品生产的需要,而且在产品更新换代时仅需改变加工程序及相关的刀具、夹具就可很方便地转换为新的生产线,工序的调整和改进、刀具的增加和减少也很方便。在车间平面布置方面,尽量使车间地面保持完整,已很少开挖为集中冷却而设置的地沟,机床等设备可很方便地安装以及根据需要移动到新的位置,组成新的生产线。如上海通用汽车有限公司在建厂以来的几年中已根据需要多次移动机床,减少能力过剩的生产线的设备,用于新项目的生产,或增加能力相对薄弱的生产线的设备,以最大限度地利用设备能力,以极高的柔性快速地满足市场的需要。与此相适应的就要求刀具能适应这种高度柔性化的生产及快速变化的生产产量和生产品种,数控机床和加工中心用刀具因而获得了极大的市场和高速发展,也引起了越来越多的企业和研究单位不断投入大量人力物力进行切削新技术和新刀具的研究和开发。 由于汽车及其零部件的生产量大、品种多、生产节拍快,尽管采用了柔性生产线,但节拍要求仍需满足,故提高切削参数、采用高速切削成为必然要求,而加工中心设备的采用也为同时实现柔性和高效率生产提供了可能。汽车及其零部件制造特别是新工厂、新项目的制造过程正向着高速加工的方向发展,越来越多地采用数控高速加工中心,很多加工中心机床的主轴转速已可达数万转,如钻镗铝质汽缸盖的进排气导管底孔、座圈底孔的刀具转速不少在1万转以上,线速度可达1500m/min左右,有的表面铣削线速度可达4000m/min。半精镗、精镗铸铁汽缸体缸孔的刀具转速也已达300转,线速度可达800m/min。上海通用汽车有限公司的1.6L发动机铸铁缸体加工中不少表面铣削线速度都已达到了1000m/min以上。同时高性能切削也获得很大发展,一次切削切除相当大的余量,特别是在粗加工中的大余量切削,切削效率提高,减少了切削工序,在某些工位的加工中将半精加工和精加工合并。与此相适应,刀具及切削技术也出现了很多新的变化。 3.超硬刀具获得广泛应用 刀具材料发生了很大变化,CBN(立方氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)、陶瓷刀具等超硬刀具获得了广泛应用。PCD刀具由于其极高的硬度,在加工铝制工件及其他有色金属及其合金时使用寿命极高。近年来,随着汽车制造业大量应用轻型材料(如铝合金、复合材料、塑料等),PCD刀具的应用也大量增加。现在汽车发动机的汽缸体、汽缸盖、变速箱的壳体、阀体、槽体、侧盖等零件很多都采用铝件,这些零件的加工大量采用了PCD刀具,取得很好的效果,一般每把刀的寿命都在加工几千件工件左右,长的可达1.5至2万件。 4.涂层技术和涂层刀具不断发展 伴随表面工程和摩擦学的发展,涂层技术在近十多年来获得了突飞猛进的发展,技术和设备都越来越成熟,在刀具上的应用也越来越广泛,成效明显,并且有越来越多的新型涂层开发出来。 5.新型刀柄和刀具夹持技术的应用 与数控机床的应用和高速加工的发展相适应,切削过程中很多问题都要从高速的角度重新加以考虑,如刀具和刀柄的连接、刀柄和机床主轴的连接、快速换刀问题、切削系统的振动问题以及相应的刀具系统的动平衡问题,由此各种新型刀柄和刀具夹持技术也迅速发展起来。 6.切削摩擦学的提出及其在金属切削加工中的应用 金属切削理论的发展已有了很多年的历史,摩擦学自从六十年代产生以来也有了不小的发展。但摩擦学界的研究大多集中在一般运动副的摩擦、磨损及润滑的研究和相应的摩擦学技术的开发上,对刀具与工件所组成的这样一对特殊摩擦副及在切削过程中所发生的各种摩擦学现象、摩擦学特性以及相应的摩擦学解决方法还研究不多。在金属切削理论中,虽然经常谈到切削过程中所发生的摩擦和润滑,也不可避免地要谈到刀具的磨损,却也很少利用当代摩擦学已积累起来的理论和技术,因此有必要提出切削摩擦学这样的概念,将摩擦学理论和金属切削理论结合起来,建立适应切削过程这样特殊的摩擦过程的切削摩擦学理论,通过实践进行验证,并反过来指导生产和金属切削加工问题的解决和刀具的优化。 7.刀具业的挑战和快速发展 随着中国汽车制造业的高速发展,国内刀具行业也异常活跃,蓬勃发展。国内外的刀具公司都看中了中国这个大市场,国际上著名的刀具和刀辅具公司及其产品几乎都进入了中国,如瑞典的Sadvik携旗下Coroman、Titex、Walter等公司,德国的Mapal、laitz、Guhring,,以色列的Iscar,日本的OSG、大昭和等,美国的Valinite、Ingosoll,等。这些外国刀具公司在刚进入中国时,对中国刀具市场的发展估计不足,有的仅是委托中国代理商销售一部分刀具,售后服务等工作还未能有力跟上,但他们逐渐认识到这个市场的重要性,开始在中国设立办事处,并进而在中国进行直接销售,原来实行的单一代理方式也开始变化,近两年更有了新的本质的变化,很多国外刀具公司开始在中国设厂,直接在中国当地制造刀具、提供各种服务。如山高公司在上海设立了制造工厂,山特维克在廊坊设立了工厂,住友电气在天津设立了工厂,肯纳、欧士机等在上海都设有工厂,蓝帜公司最近在南京新扩建了其工厂,增加了刀具制造和刃磨设备,格林公司在上海的具有珩磨刀具制造和修磨功能的工厂也即将正式开业。这样的做法其好处是明显的,首先是可以对市场作出迅速反应,了解客户的需求并及时作出响应,供货时间缩短;其次是可以利用中国的劳动力成本优势,其制造的刀具不仅供应中国客户,也出口至世界各地,设在中国的工厂成为其具有同样质量、同样性能而制造成本却低得多的国际著名品牌刀具的生产基地。刀具制造和服务的本土化,使得供应商更靠近最终用户,更好地提供对用户的现场支持。刀具的销售和供应决不仅是将刀具销售给客户或将刀具送到用户现场就行了,刀具的售后服务和现场技术支持有时显得更为重要。特别是因生产现场有时会因各种原因发生刀具的非正常损耗而引起对刀具的紧急需求,此时能否对用户的需求作出及时快速的响应,并帮助用户分析问题的原因,提出解决问题的方法和措施,并设法采取某些特殊手段在尽可能短的时间内提供合适的刀具或刀辅具,保持生产线的正常运转,将直接影响到客户的满意度和能否建立和保持长期的合作伙伴关系。同时,绝大部分刀具供应商也已认识到帮助用户降低刀具成本和提高用户员工对刀具技术的了解以及提高使用水平的重要性,因此近一二年来,不少刀具供应商由不断举办各种技术讲座和到用户处进行培训,进而发展到在中国的一些重要城市设立培训中心和刀具修磨中心。如山特维克在上海设立了名为“效率中心”的设备齐全的大型培训中心(培训车间200平方米,多个培训教室面积达180平方米),是其全球第19个效率中心,蒂泰克斯也在上海设立了修磨中心,而日本的名古屋刀具公司则早就看中中国国内对刀具快速制造的巨大需求,很早就在上海设厂,专门制造和修磨各种客户需求的特殊刀具,其特点是反应快,不管批量大小,都能及时到现场进行直接技术支持。另外舒伯哈特公司也同样在上海设立了修磨工厂,专门进行超硬刀具如金刚石刀具和CBN刀具的加工和修磨工作,其业务量也很大,帮助不少客户解决了超硬刀具的修磨工作。阿诺公司在苏州、钴领公司在常州都设立了工厂,为客户进行各种刀具刃磨工作,并提供上门收集旧刀具与送刃磨后的刀具到现场的服务。与此同时,为刀具进行涂层的专业涂层公司也来到中国设厂,一方面为其原配套的刀具制造商进行刀具涂层,一方面为有刀具涂层需要的刀具最终用户进行刀具涂层,为修磨过后的刀具或需要优化的刀具进行涂层。这方面已有Balzars、CemeCom等公司在苏州等地设厂,并已提供采用当前最先进技术进行涂层的服务,所提供的涂层刀具经过试验有的已获得很好的效果。 与此同时,国内的刀具制造企业和销售企业也在快速发展,获得了长足的进步。株洲钻石刀具公司现已发展成为刀具制造设备完善、能向国内各大汽车制造企业提供多种整体式硬质合金刀具和不同规格硬质合金刀片的刀具制造企业。自贡硬质合金有限责任公司是世界硬质合金和钨钼制品生产的大型企业,拥有从钨钼冶炼到硬质合金制品、工具的完整生产体系,集多年硬质合金生产经验和技术优势,利用当今世界一流的硬质合金生产设备和工艺,成系列地为客户提供各种车、镗、铣、钻等加工用的可转位刀片及其配套工具。 8.结语 汽车工业正在继续高速发展,高质量、高效率、低成本的生产成为市场竟争的基本要求,新产品、新技术、新工艺、新材料不断出现,与此相应的对切削技术和刀具也不断提出了新的要求。目前对于切削加工中的表面光洁度要求比以前更高,因而对抛光工序及其使用的抛光带、抛光石要求比以前更高,对去毛刺这样的工序也提出了新的质量标准,使人们更为重视表面清理及其所用去毛刺的毛刷等并不起眼的刀具的重视;CBN砂轮的大量使用,又使昂贵的砂轮的修整次数及其对砂轮工作寿命的影响成为关注的课题;曲轴加工用车车拉刀具和外铣刀具需要更好地实现本土化;为适应高速加工的发展,切削系统的振动、刀具的动平衡及相应的刀具动平衡设备也成为解决生产中加工问题时的重要考虑因素;对刀具修磨技术及刀具修磨质量的控制成为各汽车制造厂和刀具供应厂家共同关注的问题;刀具新材料,涂层技术更是一直成为各刀具厂家的研究开发热点,也是汽车制造企业进行刀具优化和刀具试验最多的项目。汽车制造发展到今天,对刀具供应商的要求已不是简单的供应刀具或刀具买卖关系,现在要求的是能提供切削加工整体解决方案,并能提供及时有效的现场技术支持.由此,近年来,一种刀具管理的新模式即刀具外包管理也正在汽车行业应用和作进一步的探索,充分发挥社会化大分工的作用,让掌握刀具技术和刀具管理的专业企业来进行刀具的采购、调整、修磨、现场技术支持、问题解决和刀具优化,形成与汽车制造企业的一种合作伙伴关系,以达到双赢的目的。对于汽车制造企业和刀具制造。服务企业来说,面临着极大的挑战,也将会获得前所未有的发展机遇。我们相信,汽车制造企业和刀具企业都将会很好地迎接这场挑战,从而发展到更高的层次。 |
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