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干货 | 看小小刀具如何帮你降本增效(一)

时间:2019-07-08 10:59:50来源:中国智能机械云平台阅读量:

摘要:切削加工的机床、工件材料和刀具,是组成切削条件的三要素。前两个条件一般是不变的,只有刀具(刀具材料、刀具几何参数和刀具结构)能因地制宜和灵活多变的。世界上五大类刀具材料的性能,加之合理的几何参数与结构,即可以使切削效率和刀具耐用度成几倍的提高,工件成本几倍的下降,其经济效益巨大,可实现降本增效。

关键词:刀具    效益

一、前言

世界人类历史、文化、物质的文明,都和刀具有直接而密切的关系,而推动着人类物质文明的发展和不断进步,满足人们生活所必需。如工业、农业、科技、国防、医疗、电子……等等,它们的精密和超精密零部件,都需用刀具(广义包括磨削的砂轮、研磨料、珩磨条与轮)切(磨)削加工而成,其水平的高低,是机械制造大国强国重要标志之一,可见它在国民经济中的地位之重要。一般人们都重视机床,因为个头大复杂,价值几万、几十万、几百万、乃至上千万。而刀具的个头小,相对机床简单,价值几元、几十、几百、最多上万元,往往被人们忽视或微不足道。但是一些人根本没有或从来就没有考虑过,怎样充分发挥机床应有的性能,这只有从刀具这个灵活多变的条件入手,选用性能优良的刀具(刀具材料、刀具几何参数和刀具结构),就可成多倍地提高加工效率,使一台几万乃至几百万的机床能代替多台机床和多个工人工作。这个节约的钱小学生都能计算出来,成年人乃至高学历的人为什么被忽视,一是他们缺乏此技术、此责任感、脱离现场实践,或缺乏主人翁责任感。科学技术是第一生产力,科学管理出效益。少慢差费(废)没有问责(追责),奖惩制度不明不落实所致。深圳在改革开放之初就提出时间就是金钱,效率就是生命的口号,非常切合实际而如此形象确实。如一个人在相同时间做几倍质效于他人之工作,就可为企业多挣几倍之钱。如一个人在工作效率上是他人的两倍以上时,他的生命就于他人两倍以上。因为生命是时间(效率)计算的。下面就从几个方面谈刀具与效益的密切关系。

二、刀具与效益

1、刀具材料与效益。刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼复合片PCBN、金刚石(天然金刚石、人造聚晶金刚石复合片PCD、人造金刚石厚膜钎焊复合片CVD),这五大类刀具材料,又根据性能和适用范围分许多牌号,供使用者根据工件材料和切削特点予以选用。但随着科技的进步,高速钢中的普通高速钢(W18)和硬质合金中的普通老牌号被淘汰。用高性能高速钢(501或称M2AI)代替普通高速钢(W18),其刀具耐用度可提高4倍以上,Vc可提高30%,花相同的钱一把刀顶4把用。因为它的常温硬度和高温硬度比W18高4~10HRC。更适合于切削难切削材料。实践证明,刀具材料的硬度高1个HRC或HRA,刀具耐用度将提高1倍。如用硬质合金刀具代替高速钢刀具,Vc可提高4倍以上,也即是加工效率提高4倍,一台机床顶4人4台机床工作。如用陶瓷刀具切削相应的材料,Vc又可比硬质合金刀具提高3倍左右,因为它的硬度和耐热性比硬质合金高许多。如用PCBN、PCD、CVD超硬刀具材料的刀具代替硬质合金刀具切削相应材料,其Vc又可提高4倍以上,刀具耐用度可提高几十~一百多倍。因为它们的硬度是硬质合金硬度的6~8倍,而且价格只有几十~二百多元/片(把)左右,而且加工质量也高,成本平均到每个工件上,是刀具材料中最低到几分之一。

刀具材料是构成刀具的基本条件,它的性能优良与否,决定切削加工的成败和可能性。一种性能优良的刀具(片)可能比此类的刀具(片)价格贵30%~50%,可它的切削效果(刀具耐用度还不易破损)是一般刀具(片)几倍以上,其节约也会是几十~几万元之多,十分划算,还节省了换刀磨刀调刀的辅助时间。难切削材料共有十多大类,其切削加工性很差,往往成为生产中的难题,但只要切削条件(刀具材料、刀具几何参数、切削用量和操作技术及切削液)一改变就可以顺利完成切削加工。估计全国从事切削加工的人员几千万人,如合理选用性能优良的刀具材料,每人手到其来按每年至少节约100~几百元计,就可节约上百亿元。这上百亿元,是多大产值的利润,不可小视。只有一滴滴水,才能汇成为江河、大海和大洋。忽视芝麻就不可能有大西瓜。值得工艺人员和刀具采购人员深思。如一企业成批生产和谐号动车组大型齿轮,是合金钢渗碳淬火后,各表面都已加工完,就等钻φ6178mm油孔,即可交出厂使用。由于渗碳淬火后,工件表层硬度达55HRC,他们采用了整体硬质合金钻头(φ6300mm),用了两支价值一千多元,全断在孔中,采用电火花蚀出,花了近两天时间,一个孔未钻出,几万元一个齿轮不能交出,成了全厂一大难题,十分着急。我就采用M2AI高速钢钻头(φ6300mm),用Vc=5m/min,在摇臂钻床手动进给钻削,只用不到8分钟,就顺利钻完一个孔,在6年时间内,就顺利钻完5000多个此大齿轮油孔,一直用于现在已达11年了,其效益巨大。这里说明一个问题,合理选用刀具材料,也要因具体情况制宜。还有用PCD刀具车削硬度高达2400HV的砂轮,如用刀切豆腐之易,开创了用此刀车削砂轮之先河,其刀具体积磨耗比可达1/1350万,先后车削了近1000个大小砂轮,只用了一个φ8mm的PCD刀片。

2、刀具几何参数与效益。刀具几何参数的合理选择,是根据工件材料和刀具材料的性能(物理、力学、化学性能)、加工阶段(粗、精加工)来选择的。不据此,就会产生问题(失败、成为困难)。合理的刀具几何参数,不仅切削顺利,刀具耐用度也高,而且切削力和切削温度也低,工件已加工表面质量也好。现代切削加工大多使用可转位刀具,修磨刀具和选择合理的刀具几何参数的知识淡薄或基本功丧失,连普通的钻头都不会修磨,一次使用就报废。刀具几何参数合理,不仅可充分发挥刀具材料的性能,同时也充分发挥机床的性能,而事半功倍的效果。把困难切削材料的不可能切削的材料切削加工好,才可能成为机械上的零部件。刀具的角度及参数大小,直接影响到切削过程中的切削力、切削热和切削温度、切屑变形、积屑瘤、刀具磨损和刀具耐用度和已加工表面质量的大小高低,所以十分重要。合理的刀具几何参数,切削加工就快(效率)而顺利(没有困难和问题产生),否则就困难而成为问题,阻碍生产顺利进行,或没有效率与质量,效益就无或很低。如切削硬度高的淬火钢时,刀具前角γ0=0~-10,刀刃强度高才能切削,如γ0≥10,就会使刀刃瞬间损坏,而不能切削。如断续切削时,为了使切入切出平稳而不打刀,主偏角κr<90,刃倾角λs=负值。如在塑性高硬度低的材料时,为了减小切削力、切削热和切削变形,γ0应大一些(γ0=25~30)。如切削硬度极低、弹性模量极低的软橡胶时,γ0≥45,α0≥15,否则切不下切屑而不能切削加工。如切弹性模量小于一般钢材1/2的钛合金,α0≥15,以减小刀具后刀面的磨损。如在切削硬度高脆性材料硬质合金或陶瓷时,γ0=-10~-15,为了防止后角小而挤碎工件,α0≥12,κr≤45。要举的例子太多了,刀具几何参数对应不同工件材料的合理数值,请查看相关工艺手册或国防工业出版社的《刀具材料和刀具的选用》一书。在制造刀具时,应充分认识刀具的切削条件,合理选择刀具的几何参数。如小直径硬质合金立铣刀(<φ8mm),为了防止径向力大而在使用时折断,其刃带应小而接近为零。梯形槽和薄锯片铣刀应采用疏齿增大容屑空间,就可防止刀具折断而几倍提高进给速度Vf。在钻削铸造高温合金时,应把钻头的刃带改磨成副后角α'0=4~6,以防止刃带与孔壁摩擦和粘结使钻头折断(大直径钻头也是如此)。刀具几何参数的合理与否,直接影响刀具效益,有时相差许多倍。千万不要以为就是几度的问题,而忽视。

来源:中国智能机械云平台

作者:中国中车北京南口机械有限公司郑文虎

网站编辑:吴东亚

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干货 | 看小小刀具如何帮你降本增效(一)

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摘要:切削加工的机床、工件材料和刀具,是组成切削条件的三要素。前两个条件一般是不变的,只有刀具(刀具材料、刀具几何参数和刀具结构)能因地制宜和灵活多变的。世界上五大类刀具材料的性能,加之合理的几何参数与结构,即可以使切削效率和刀具耐用度成几倍的提高,工件成本几倍的下降,其经济效益巨大,可实现降本增效。

关键词:刀具    效益

一、前言

世界人类历史、文化、物质的文明,都和刀具有直接而密切的关系,而推动着人类物质文明的发展和不断进步,满足人们生活所必需。如工业、农业、科技、国防、医疗、电子……等等,它们的精密和超精密零部件,都需用刀具(广义包括磨削的砂轮、研磨料、珩磨条与轮)切(磨)削加工而成,其水平的高低,是机械制造大国强国重要标志之一,可见它在国民经济中的地位之重要。一般人们都重视机床,因为个头大复杂,价值几万、几十万、几百万、乃至上千万。而刀具的个头小,相对机床简单,价值几元、几十、几百、最多上万元,往往被人们忽视或微不足道。但是一些人根本没有或从来就没有考虑过,怎样充分发挥机床应有的性能,这只有从刀具这个灵活多变的条件入手,选用性能优良的刀具(刀具材料、刀具几何参数和刀具结构),就可成多倍地提高加工效率,使一台几万乃至几百万的机床能代替多台机床和多个工人工作。这个节约的钱小学生都能计算出来,成年人乃至高学历的人为什么被忽视,一是他们缺乏此技术、此责任感、脱离现场实践,或缺乏主人翁责任感。科学技术是第一生产力,科学管理出效益。少慢差费(废)没有问责(追责),奖惩制度不明不落实所致。深圳在改革开放之初就提出时间就是金钱,效率就是生命的口号,非常切合实际而如此形象确实。如一个人在相同时间做几倍质效于他人之工作,就可为企业多挣几倍之钱。如一个人在工作效率上是他人的两倍以上时,他的生命就于他人两倍以上。因为生命是时间(效率)计算的。下面就从几个方面谈刀具与效益的密切关系。

二、刀具与效益

1、刀具材料与效益。刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼复合片PCBN、金刚石(天然金刚石、人造聚晶金刚石复合片PCD、人造金刚石厚膜钎焊复合片CVD),这五大类刀具材料,又根据性能和适用范围分许多牌号,供使用者根据工件材料和切削特点予以选用。但随着科技的进步,高速钢中的普通高速钢(W18)和硬质合金中的普通老牌号被淘汰。用高性能高速钢(501或称M2AI)代替普通高速钢(W18),其刀具耐用度可提高4倍以上,Vc可提高30%,花相同的钱一把刀顶4把用。因为它的常温硬度和高温硬度比W18高4~10HRC。更适合于切削难切削材料。实践证明,刀具材料的硬度高1个HRC或HRA,刀具耐用度将提高1倍。如用硬质合金刀具代替高速钢刀具,Vc可提高4倍以上,也即是加工效率提高4倍,一台机床顶4人4台机床工作。如用陶瓷刀具切削相应的材料,Vc又可比硬质合金刀具提高3倍左右,因为它的硬度和耐热性比硬质合金高许多。如用PCBN、PCD、CVD超硬刀具材料的刀具代替硬质合金刀具切削相应材料,其Vc又可提高4倍以上,刀具耐用度可提高几十~一百多倍。因为它们的硬度是硬质合金硬度的6~8倍,而且价格只有几十~二百多元/片(把)左右,而且加工质量也高,成本平均到每个工件上,是刀具材料中最低到几分之一。

刀具材料是构成刀具的基本条件,它的性能优良与否,决定切削加工的成败和可能性。一种性能优良的刀具(片)可能比此类的刀具(片)价格贵30%~50%,可它的切削效果(刀具耐用度还不易破损)是一般刀具(片)几倍以上,其节约也会是几十~几万元之多,十分划算,还节省了换刀磨刀调刀的辅助时间。难切削材料共有十多大类,其切削加工性很差,往往成为生产中的难题,但只要切削条件(刀具材料、刀具几何参数、切削用量和操作技术及切削液)一改变就可以顺利完成切削加工。估计全国从事切削加工的人员几千万人,如合理选用性能优良的刀具材料,每人手到其来按每年至少节约100~几百元计,就可节约上百亿元。这上百亿元,是多大产值的利润,不可小视。只有一滴滴水,才能汇成为江河、大海和大洋。忽视芝麻就不可能有大西瓜。值得工艺人员和刀具采购人员深思。如一企业成批生产和谐号动车组大型齿轮,是合金钢渗碳淬火后,各表面都已加工完,就等钻φ6178mm油孔,即可交出厂使用。由于渗碳淬火后,工件表层硬度达55HRC,他们采用了整体硬质合金钻头(φ6300mm),用了两支价值一千多元,全断在孔中,采用电火花蚀出,花了近两天时间,一个孔未钻出,几万元一个齿轮不能交出,成了全厂一大难题,十分着急。我就采用M2AI高速钢钻头(φ6300mm),用Vc=5m/min,在摇臂钻床手动进给钻削,只用不到8分钟,就顺利钻完一个孔,在6年时间内,就顺利钻完5000多个此大齿轮油孔,一直用于现在已达11年了,其效益巨大。这里说明一个问题,合理选用刀具材料,也要因具体情况制宜。还有用PCD刀具车削硬度高达2400HV的砂轮,如用刀切豆腐之易,开创了用此刀车削砂轮之先河,其刀具体积磨耗比可达1/1350万,先后车削了近1000个大小砂轮,只用了一个φ8mm的PCD刀片。

2、刀具几何参数与效益。刀具几何参数的合理选择,是根据工件材料和刀具材料的性能(物理、力学、化学性能)、加工阶段(粗、精加工)来选择的。不据此,就会产生问题(失败、成为困难)。合理的刀具几何参数,不仅切削顺利,刀具耐用度也高,而且切削力和切削温度也低,工件已加工表面质量也好。现代切削加工大多使用可转位刀具,修磨刀具和选择合理的刀具几何参数的知识淡薄或基本功丧失,连普通的钻头都不会修磨,一次使用就报废。刀具几何参数合理,不仅可充分发挥刀具材料的性能,同时也充分发挥机床的性能,而事半功倍的效果。把困难切削材料的不可能切削的材料切削加工好,才可能成为机械上的零部件。刀具的角度及参数大小,直接影响到切削过程中的切削力、切削热和切削温度、切屑变形、积屑瘤、刀具磨损和刀具耐用度和已加工表面质量的大小高低,所以十分重要。合理的刀具几何参数,切削加工就快(效率)而顺利(没有困难和问题产生),否则就困难而成为问题,阻碍生产顺利进行,或没有效率与质量,效益就无或很低。如切削硬度高的淬火钢时,刀具前角γ0=0~-10,刀刃强度高才能切削,如γ0≥10,就会使刀刃瞬间损坏,而不能切削。如断续切削时,为了使切入切出平稳而不打刀,主偏角κr<90,刃倾角λs=负值。如在塑性高硬度低的材料时,为了减小切削力、切削热和切削变形,γ0应大一些(γ0=25~30)。如切削硬度极低、弹性模量极低的软橡胶时,γ0≥45,α0≥15,否则切不下切屑而不能切削加工。如切弹性模量小于一般钢材1/2的钛合金,α0≥15,以减小刀具后刀面的磨损。如在切削硬度高脆性材料硬质合金或陶瓷时,γ0=-10~-15,为了防止后角小而挤碎工件,α0≥12,κr≤45。要举的例子太多了,刀具几何参数对应不同工件材料的合理数值,请查看相关工艺手册或国防工业出版社的《刀具材料和刀具的选用》一书。在制造刀具时,应充分认识刀具的切削条件,合理选择刀具的几何参数。如小直径硬质合金立铣刀(<φ8mm),为了防止径向力大而在使用时折断,其刃带应小而接近为零。梯形槽和薄锯片铣刀应采用疏齿增大容屑空间,就可防止刀具折断而几倍提高进给速度Vf。在钻削铸造高温合金时,应把钻头的刃带改磨成副后角α'0=4~6,以防止刃带与孔壁摩擦和粘结使钻头折断(大直径钻头也是如此)。刀具几何参数的合理与否,直接影响刀具效益,有时相差许多倍。千万不要以为就是几度的问题,而忽视。

来源:中国智能机械云平台

作者:中国中车北京南口机械有限公司郑文虎

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