坚持自主创新, 发展和应用高效切削加工技术, 提升加工制造水平.doc

PAGE 6PAGE 1坚持自主创新 发展和应用高效切削加工技术提升加工制造水平艾 兴山东大学前言我国制造业，经过半个世纪的艰苦努力，取得长足的发展和进步，已成为世界制造业大国，居全球第四位，建立了门类齐全，具有相当规模和一定水平的工业生产体系，成为我国经济发展的重要支柱产业，但远不是制造业强国。重大高端技术装备，特别是其中的关键核心技术主要依赖国外进口，自主创新能力弱，国际竞争力不强，制造业人均劳动率低于发达国家，仅为美国的二十三分之一，日本的二十五分之一，德国的十八分之一。国务院关于加速振兴装备制造业的若干意见中指出：以结构调整为主线，优化装备制造业产品和产业结构；有计划、有重点地研究开发重大技术装备所需的关键共性制造技术、关键原材料及零部件，逐步提高装备的自主制造比例。切削加工技术正是制造业，特别是装备制造业，加工制造技术中应用最广泛的关键共性制造技术。全世界每年消耗于加工费用约1000亿美金，约10%的金属切成切屑，正确的发展和应用加工技术，节约20%是完全可能的[3]。发展毛坯精密成形和高效切（磨）削加工技术是提高加工制造水平最有效的途径。本文主要讨论发展应用先进高效切削加工技术，提升加工制造水平问题。一、切削加工制造领域面临的挑战机械加工技术发展的趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化。高速、高性能（大进给）、硬切削、干（准）切削和复合切削等是高效率、高质量加工的最主要的加工技术，为切削加工技术的发展方向，在发达国家，已成为切削加工的主流。国外用先进的高速刀具材料[1]，加工铝合金的切削速度为2000～5000m/min，最高达7500m/min，铸铁为800～1500m/min，最高达2200m/min，钢为350～700m/min，钛合金为100～400m/min，镍基合金为60～150m/min。车削的每转进给量达4mm/r，铣削的每齿进给量达4mm/z，钻孔、攻丝、滚齿等都大幅度提高了切削速度。我国近20年来，在汽车、航空、模具、动力机械、纺织机械、工程机械等行业，购置了一大批国外和国产的数控机床与加工中心，其主轴转速在7000～8000r/min，其中一部分为12000～30000r/min，工进速度为5～10m/min。在这些行业中，不同程度采用了高速切削、大进给切削、硬切削和干（准）切削等高效切削技术，有的汽车和飞机制造业还采用了以高速加工中心组成的生产线。加工铝合金为1000～2000m/min，有的更高一些，铸铁为500～1000m/min，钢为300～500m/min，用陶瓷刀具和立方氮化硼刀具加工淬硬钢（50～65HRC）为100～200m/min，提高了加工效率和表面质量，加速新产品开发，取得了很好的经济和社会效益。个别汽车厂高速钢涂层刀具达85%，可转位刀具使用达75%以上，为国内领先水平[7]。但国内切削加工技术总体水平低，传统的切削加工方式没有根本转变，国内使用的刀具材料表明[4,5]，立铣刀、钻头、丝锥、滚刀等复杂刀具基本上是普通高速钢（例如高速钢滚刀为94%，硬质合金为6%，而且主要是未涂层刀具），车刀、镗刀、面铣刀刀片主要为YG、YT普通硬质合金。涂层刀具约15%。陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具也有但很少用。国外涂层刀具为60～70%以上。调查发现，数控机床和加工中心使用效率普遍较低，例如某飞机制造企业加工机身大型整体铝合金件，长年用?20～?32mm的高速钢立铣刀（未涂层）在主轴转速24000r/min的龙门式加工中心上，以转速6000～7000r/min进行加工；某纺织机械厂加工铸铁以高速钢立铣刀长年在多台主轴转速为6000～7000r/min立式加工中心上以2000～3000r/min进行加工，加工效率低。因此，使用普通刀具的传统切削加工是目前国内切削加工技术的主流。对铸铁、钢件的端铣和镗孔（包括涂层刀具）的切削速度在80～250m/min范围，钻孔（高速钢）为20～50m/min，攻丝为6～10m/min，滚齿为25～50m/min。调查还发现国内不少厂家常把加工中心当作一般数控机床用。加工时，不用刀库，转换工序或者同一工序加工另一个工件时，都是人工换刀。国内加工中心开动率调查表明[6]，平均为58.7%，国外在70～80%以上，差距很大。更为严峻的事实是[6]：虽然国内有一批工具企业从生产传统标准高速钢刀具发展到以硬质合金刀具为主的现代企业，使国产高效切削刀具在国内开始占有一席之地，但高效切削刀具市场，国内工具企业的刀具总占有率只有10%左右，国内生产轿车的主要企业，除个别外，所有刀具几乎全部依靠进口（国外有名的刀具厂家，几乎在国内都设有工厂或代理厂商），国内高效刀具生产现状，与国外的差距，比数控机床更大。由此可见，国内制造业，特别是装备制造业，新产品开发能力弱，