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现代刀具切削加工技术的重要发展趋势

来源:  作者:s4cv3U1C
[1] [2] >> (一)中国制造业快速发展和重点用户行业对刀具的需求

从世界范围观察中国制造业的发展可以看出,中国制造业近年发展迅速。对刀具行业来说,这意味极大的市场。而在这种背景下,中国低水平的制造成本是公认的事实。从劳动生产率看,有统计资料表明,中国和德、美、日等发达国家相比,大约差距3~5倍。

如此大的市场,低水平的劳动生产率,再加上制造技术的不断进步和发展,对刀具行业来说,既是机遇,更是挑战。市场对刀具的需求,不仅是量的增长,更重要的是质的提高。从用户行业看,有七大行业对刀具的需求量最为显著。

其一是发电设备制造业。在全球能源供应逐日紧张,石油价格持续上涨等背景下,对发电设备的需求已越来越明显。在发电设备制造过程中,仅花在刀具部分的成本就非常可观。

模具制造业也是刀具用量最大的行业之一。在模具制造过程中,成型模、热作模、冷作模、塑模等几乎所有环节中都需要用到刀具。此外,汽车、高速列车、一般机械制造业、以及近年来逐渐扩大用量的木材加工业都已成为刀具行业的主要用户。

航空航天业是最传统也是最为重要的刀具应用领域。在该行业中,刀具一般用来切削飞机结构件。这些结构件一般体积较大,过去大量采用铝合金。随着钛合金、复合材料应用领域的扩大,对刀具加工的要求也越来越高。

作为国家重点扶持工业之一,近年来,政府已投入大量资金用于航空航天业大型客机的研发。这些研发是方方面面的,我们抽出与刀具有关的方面来分析,着重研讨结构件材料的使用。

从最新的波音787机身可以看出,过去大量采用铝合金直接覆盖的方法已逐渐被舍弃,取而代之的是复合材料的直接铺设和缠绕。此外,钛合金的用量也在增加。与过去相比,新的方法可大大降低飞机重量,节省燃油和能耗,对大型客机来说,这一点尤其重要。

钛合金是公认的难加工材料。只需要铺设和缠绕的复合材料看似不需要很大的加工量,但是对加工质量的要求却越来越高。对刀具行业来说,这都是不小的挑战。

除了机身结构件外,对飞机发动机的加工也是一个难点。发动机一般采用难加工材料制成,形状复杂,需要切槽钻孔、叶片加工等工序,对刀具的实际切削效果要求非常高。此外,为满足飞机结构件的高质量要求,一般情况下都选用整体毛坯来加工,90%以上的材料都将被切除掉,由于加工量大,因此对加工效率要求极高。

(二)切削加工技术的发展趋势

从刀具发展历程看,从十九世纪末到二十世纪中期,刀具材料以高速钢为主要代表;1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用;二十世纪50年代,瑞典和美国分别合成出人造金刚石,切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪70年代,人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
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