齒輪刀具向高速切削發展

發展高速切削的意義

高速高效切削已經顯示出很多的優點和強大的生命力，成為製造技術提高加工效率和質量、降低成本的主要途徑。發展高速切削等新的切削工藝，促進製造藝術的發展是現代切削藝術面臨的新任務。當代的高速切削不是切削速度的小幅提高，而是需要在製造藝術(數控機床、刀具材料、塗層、刀具結構等)全面進步和進一步創新的基礎上，達到切削速度和進給速度的成倍提高，才能使製造業整體切削加工效率有顯著的提高。

切削加工作為製造技術的主要基礎工藝，隨著製造技術的發展，在20世紀末也取得了很大的進步，進入了以發展高速切削，開發新的切削工藝和加工方法，提供成套技術為特徵的新階段。它是製造業中重要工業部門，如航空航天工業、汽車工業、能源工業、軍事工業和新興的模具工業、電子工業等部門主要的加工技術，也是這些工業部門迅速發展的重要因素。在製造業發達的美、德、日等國家，這項技術一值保持著快速發展的勢頭。金屬切削刀具作為數控機床必不可少的配套工藝裝備，在數控加工技術的帶動下，進入了”數控刀具”的發展階段，顯示出”三高一專”(即高效率、高精度、高可靠性和專用化)的特點。

與國外的差距

中國切削加工與刀具技術的水平與工業發達國家相比仍有很大的差距，要縮小這個差距，僅靠工具行業的努力是不夠的，還必須有用戶行業增加對刀具的投入，充分利用刀具在提高利率、降低成本、縮短交貨期，加快新產品開發中的作用。有數據表明，刀具佔製造成本的2%~5%，但它卻直接影響佔製造成本20%的機床費用和38%的人工費用，進給速度和切削速度每提高15%~20%，可降低製造成本10%~15%。這說明，使用好的刀具固然會增加刀具的成本，但由於切削效率提高，使機床費用和人工費用有很大的降低，這正是工業發達國家的製造業採取這個經營策略的緣由。

目前，中國由於普通機床及服役超期的機床佔多數，加上人工費用較低，刀具對製造成本的影響還達不到這個程度，但使用先進刀具投入少、見效快的特點同樣適合中國企業的現狀，同樣可以收到很好的效果。為了縮小與工業發達國家的差距，中國刀具企業與之相關的一些企業，必須努力加快關鍵技術的開發應用。

刀具材料的研發

加強對刀具材料(包括高速工具鋼、硬質合金、金屬陶瓷)的研發。高速工具鋼是高韌性的刀具材料，能製作成其他材料不能製作的各種複雜幾何形狀和尺寸的鋒利切削刀具。高耐磨性的CBN和PCD超硬材料則適用於高速、小進給量加工。介於上述2種材料之間的是硬質合金、金屬陶瓷和陶瓷刀具材料，這些材料已廣泛應用於對切削速度和進刀量要求比較高的加工工業領域。

刀具塗層的研發

與刀具材料同步發展的還有化學塗層CVD和物理塗層PVD技術。當代CVD塗層的特點是多層塗層。其塗層結構包括TiCN、TiC、TiN和A1203。通過對CVD工藝的良好控制，刀具製造商現在可提供質量穩定的從5~20μm厚度的塗層刀具，以及用於高硬度材料工件加工的單層塗層厚度不超過0.2μm的多層塗層。PVD塗層工藝具有的獨特優勢為：可以給銳利的切削刀面提供超細晶粒、平滑、低摩擦和防止高溫熱烈的塗層。新近發展的硬質合金刀具塗層採用外部為PVD類的TiN或者TiA1N塗層內部為CVD類的TiN/TiCN/TiN塗層相結合的方式。內部CVD塗層可提供極好的基體黏合力和耐磨性；而外部PVD塗層可提供一個堅固的、超細晶粒的、不易脆裂的、表面光滑的刀具表層。這種CVD-PVD相互結合的塗層有助於延長刀具在難加工金屬材料和鋼材加工的斷續切削時刀具的使用壽命。齒輪刀具採用TiN、TiCN或TiA1N塗層，在用於切削加工過程中，其可靠性得到了改進。它們的化學成分穩定，具有高紅硬性和維持高速切削的能力，確保了降低被加工零件的尺寸誤差，獲得了良好的表面質量，高的效率以及更長的刀具使用壽命。



刀具結構的研發
滾齒在齒輪加工工藝中占據了很大的份額，隨著齒輪加工技術的迅猛發展，特別是大模數、多齒數齒輪的加工，迫切要求在滾齒方面實現高速高效。實現高速滾齒，滾齒機必須提高剛性，提高機床的驅動功率，實現數字控制、溫度補償等。更重要的是，要採用高速高效滾刀，使切削更加合理化。由於大模數齒輪所對應的滾刀需要切出的切削量成倍增加，又由於大滾刀槽數較少，齒高長，因此分配到各呎的截荷很大。在滾刀加工齒輪的滾削過程中，幾乎75%的切削量由刀齒齒頂的1/3來完成，而整個齒中部和根部的2/3部分僅僅完成切削任務的25%。所以在實際上，刀齒的中部和根部磨損很少，刀齒的齒頂截荷分布和磨損也極不均勻，而齒頂圓角處的磨損則決定著刀具的壽命。高效和經濟的滾刀通常必須具有很多的槽數，而且滾刀的外徑也不能太大，齒頂的切削面應多餘刀齒中部和齒根的切削面。因此，我們在現有刀具的基礎上，從刀具結構、刀具材料、塗層、加工工藝等方面開發了高速高效滾刀。高速、高效、高精度滾削工藝是滾削加工技術的重要發展方向，由於高速滾刀齒數多，可獲得高的切削速度，可採用大的進給量，高速滾刀與普通滾刀相比，可提高效率3~4倍。隨著高速滾齒機的大量應用，隨著齒輪加工提高效率、減少成本的需求，高速滾刀必將得到廣泛應用。

製造業要更新觀念

工具製造業要加快觀念更新，針對不同的行業和不同的應用場合，把給用戶提供成套切削加工技術、革新加工方法作為發展方向和服務的內容。隨著切削加工技術的進步，工具製造企業對參予並影響切削加工的因素有了更加科學的認識，並用於新產品、新技術開發，所開發工具的規格品種已多達數萬個。對於一般用戶來說，面對日新月異的刀具材料、塗層牌號、結構等的新產品和新技術，以及不斷湧現的各種加工難題，很難正確的選擇和應用工具行業的新成果，以達到最佳的效果。為此，工具企業亦從現在以”賣刀具”為主的經營模式走上為用戶”提供成套切削技術，解決具體加工問題”的經營軌道，並根據自己產品的專業化方向，精通相應的切削工藝，不斷創新開發新產品。另一方面，切削刀具的用戶行業，要充分挖掘切削加工和刀具的潛力，提高產品的開發能力，利用工具業這個專業力量及其成果為企業的發展和提高市場競爭力服務。

結語

齒輪滾削技術的發展要走機床、工具及產、學、研、用緊密結合的發展路，這是工業發達國家製造業和工具業正在走的發展道路。積極打造企業具有求實創新精神和學習能力的管理和員工團隊，這個團隊的成員要有齒輪刀具專有技術，經營管理經驗，更有將齒輪刀具作為畢生的事業並為之奉獻的信念。要實現高投入，高起點，大手筆，快發展。要加快產品研發，打造企業核心競爭力，實施差異化戰略。在產品品質上，要做就要做到最好。選擇自己的核心產品，追求精品，縮小與進口刀具之差異；產品定價堅持優質優價原則，不打價格戰，不採用低成本策略；技術開發堅持模仿加創新，自成體系，有自身的獨創特點，注重包裝及企業CI策劃，提昇企業形象，打造優質刀具品牌；追求系統的思考，尋求產業化聯盟和國際化合作，站在巨人的肩上實現自身的發展。

資料來源:CNC刀具世界雙月刊 2010年5-6月

 
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