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以提高加工效率促使制造成本降低

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:52:51

我们可以回顾一下，刀具的发展历史实际上就是切削技术不断进步的历史。高速钢、硬质合金、镀层等新技术的出现和发展，构成了切削技术领域的一个个重大的里程碑。这样的飞跃每一次都使制造商们获益匪浅。

在100年以前，人们主要应用高碳钢进行切削加工。通过高速钢、粉末冶金、硬质合金、可转位、单镀层、复合镀层等发展，加工效率的提高十分惊人。可以说，100年前需要100分钟加工的工件，现在只需要短短1分钟即可完成。

采用新技术复合镀层的可转位刀具就单价来说，可能比较高，但其提高加工节拍所带来的经济效益常常同样会令使用者获益匪浅。笔者曾经在一阀门制造企业推广可转位钻头，他们的有关人员担心可转位钻头的价格会使他们不堪承受，但通过试验和经济分析，他们充分认识到了使用新技术刀具能够为他们创造的价值。


1. 提高切削速度

高速钢钻头与可转位钻头的分析对比

高速钢

浅孔钻

价格

150.00

(刀片)34.00
(刀体)2,500.00

切削速度(m/min)

160

进给量(mm/r)

0.38

0.12

转速(r/min)

191

1,698

进给速度(mm/min)

72.6

203.7

单位工件钻孔时间(min)

16.5

5.9

单位工件机床成本

41.3

14.7

可刃磨/转位次数

每次刃磨间成本

7.50

17.00

每次刃磨间寿命(m)

2.5

10.0

每次刃磨间加工工件数

单位工件刀具费用

3.75

2.13

单位工件总成本

45.09

16.85

试验背景数据：

直径(mm) 30

机床每小时成本 150

钻孔深度(mm) 100

单位工件钻孔数 12

日产量 200

年产量 72,800

式中：

F为径向力

l为悬伸长度

E为刀杆的弹性截面模量

d为刀杆直径

因此，我们提高工艺系统刚性主要应从这4方面考虑。即：

降低刀具的径向切削力，如采用类似F2330的小主偏角铣刀；
尽可能缩短刀具悬伸长度。在其他条件相同的情况下，如果悬伸比原来减少20%，进给或切深可增加将近100%。瓦尔特的螺纹连接式模块式铣刀(参见http://e-cuttech.com/WalterSrewFitPromotion.html)，在制造诸如手机模具、工具(如扳手、可转位刀片等)模具时，常常由于减小了刀具的悬伸长度而大大增加刀具的刚性，从而使使用大切深或大进给切削而不产生振动提供了一种可能；
提高刀杆的弹性截面模量，如采用硬着合金或重金属刀杆；
增加刀杆直径。大直径的刀具通常刚性能得到极大提升，从而使加工成本被大大降低。

以上分析表明，提高加工效率是提高制造厂商经济效益的非常重要的途径。当然，对于其它降低制造成本的方法，虽然收效相对小些，我们还是应该尽一切可能来降低制造成本。

就刀具而言，降低制造费用的第二个有效途径就是延长刀具的使用寿命。

想得到理想的刀具寿命，首先应选择正确的刀具材料。瓦尔特在2002年首创并推出了直观的颜色选择法，使用户能在最短的时间内选择正确的刀片材质。如果用户需要加工钢件，他只要选择瓦尔特的金色刀片；如果用户需要加工不锈钢件，他只要选择瓦尔特香槟色刀片；如果用户需要加工铸铁，他只要选择黑金双色的老虎刀片；如果用户需要加工非铁金属材料，他只要选择紫铜色的刀片；而如果用户需要加工硬金属材料，他只要选择紫水晶色的刀片。

国外一个厂商在Okuma车削中心上加工硬度为28HRC不锈钢普通直轴连续切削，试用了许多刀具都不理想，最后采用了日本某著名企业的产品进行加工。在这之后我们向用户推荐了为加工不锈钢设计的香槟色刀片进行试验，结果让用户非常惊讶。因为瓦尔特的香槟色刀片的寿命竟然达到那家日本公司的两倍，而在这之前其他供应商的刀具寿命都远不能与这家日本公司相提并论。

韩国的一个汽车零部件制造商每年生产1,200,000件用灰口铸铁制造的刹车鼓，原先使用一家日本公司的车刀片进行加工。由于切削速度较高(200-376m/min)，刀具寿命为每一刃口40件。瓦尔特的老虎刀片是专为铸铁加工而开发的刀片材质，在加工铸铁上的表现令人叹服。在那里，老虎刀片的寿命达到80件，从而使客户的年消耗值从20,625欧元下降到11,563欧元，降低刀具消耗44%。

在1999年的欧洲机床展览会上，瓦尔特推出了一类被命名为Quar?tec的刀片。其中有一种被命名为WQM 35的刀片采用精细的物理镀层的方法，将其刀片的镀层数增加到了100层。这种100层的镀层对于提高刀片的抗冲击能力发挥了巨大的作用。通常由于在高频的冲击作用下，镀层的表层会产生细微裂纹并迅速扩展造成膜层与基体的结合被破坏，刀具常常在正常寿命前就丧失了应有的切削能力。WQM 35的百层镀层使裂纹的扩展被有效地阻滞，刀具的寿命得到有效的延长。

想得到理想的刀具寿命，还需要合理使用刀具。比如在铣削时，由于交变热应力的作用，通常干加工能够取得比湿加工更长的刀具寿命；在模具铣削中，由于加工条件的稳定，横截面轮廓铣削的刀具寿命比纵截面轮廓铣削更长；球头铣刀的加工，由于避开切削速度为零的轴线，轴线倾斜的方式比轴线垂直的方式刀具寿命更长……

降低刀具采购费用也是降低制造成本的途径之一。从节约每一分钱的角度考虑，降低刀具的采购价格同样是制造业的一个选择。但降低刀具的采购价格绝不仅仅意味价格竞争。

德国著名的摩托车制造商Mahle进行了使用老虎刀片替代硅酸盐陶瓷刀片的试验。试验以前，Mahle的金属切削专家都表示用硬质合金来代替陶瓷刀片进行铸铁加工是难以想象的。因为陶瓷刀片容易达到600m/min的切削速度及0.5mm/r的进给量，这使得氮化硅陶瓷刀片在许多公司进行粗加工铸铁时成为首选。但通过试验，他们看到瓦尔特的老虎刀片不但完全达到了其原来使用的陶瓷刀片的技术水平和加工效率，而且减少了刀具破损的发生。在Mahle公司，老虎刀片主要用来加工发动机汽缸孔。由于老虎刀片属于硬质合金镀层刀片，其价格比陶瓷刀片也明显降低(虽然它比瓦尔特其它的硬质合金镀层刀片略高)，从而给制造商带来十分明显的经济效益。在Mahle公司，由于采用老虎刀片代替陶瓷刀片，他们一年将降低刀具采购费用10,000欧元。

在最常见的普通内外圆车削中，目前的加工余量通常在3mm以下，而我们的制造业从业人员却有不少人或因刀具商从业人员的介绍和推荐不力，或因出于使用习惯，或由于对新技术了解不够，使用足以承受6mm以上加工任务的CNMG1204...的刀片。其实，不少刀具商(如瓦尔特)在几年以前就推出了WNMG0604...的刀片以在小余量加工的场合替代CNMG1204...。通常，由于两者的刀尖角完全相同，加工程序不需要作任何变动，在小余量加工的场合用W型刀片代替C型刀片一般不存在任何风险。同时，WNMG0604...不但价格比CNMG1204...要低一些，而且由于它比后者多50%的切削刃，经济效益非常明显。同样的利益也体现在用较小尺寸的刀片代替较大尺寸的刀片的情况，如在车削中用DN..07代替DN..11，在铣削中用SP..06或SP..09代替SP..12等等。这样的改变并不复杂，经济效益却可能不容小窥。

因此，我认为，刀具商作为供应链的一个组成部分，与制造商共同努力降低制造成本是责无旁贷的任务。优选刀具、优化刀具材料和几何参数、合理使用刀具、强化刀具管理等都是降低制造成本的有效途径。瓦尔特作为制造业的系统合作伙伴，1999年欧洲机床展览会上推出的Quar®tec使加工效率提高了50%，2001年欧洲机床展览会上推出的Tiger®tec使加工效率提高了75%，而今年在欧洲机床展览会上将推出有望使加工效率提高一倍的新型刀具。尽管如此，我认为最重要的并不仅是销售刀具本身，而是我们的客户是否选择了正确的刀具，是否用好了我们的刀具，是否由于使用我们的刀具而提高了市场竞争能力。作为一个负责任的刀具商，应该在努力降低自身刀具制造成本来降低用户刀具采购成本的同时，保留合理的利润空间来保证对新技术、新产品研发的投入力度，从而使我们的客户能够不断地享受刀具业的新技术，实现制造成本的不断降低和市场竞争能力的不断提高。过度降低价格的恶意竞争不仅是损害自身的发展空间，从长远来说也是损害包括汽车制造业在内的整个制造业的长远利益。我本人衷心希望大家都能从供应链的整体利益出发，在维护自身生存发展空间的同时，关心供应链中其他伙伴的生存发展空间，真正实现双赢甚至多赢的战略目标，走上共同发展的阳关大道。

f=	F×l³	=	F×l³×64

	3×E×I		3×E×d⁴×p
瓦尔特的颜色选择法
100层的WQM35	Mahle的汽缸体与老虎刀片
CN刀片(左)与WN刀片(右)

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以提高加工效率 促使制造成本降低

1. 提高切削速度

以提高加工效率促使制造成本降低