刀具與裝備制造業(yè)

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今天,當我們正在為實(shí)施“十二五”規劃而整裝待發(fā)的重要時(shí)刻,回顧“十一五”期間大家熟知的與裝備制造業(yè)相關(guān)的一些重大成就,一定會(huì )感到我們從事切削加工和刀具制造的行業(yè)在“十二五”期間所肩負的重大責任,并對即將遇到的挑戰和機遇作好充分的準備。
  首先,來(lái)看刀具的大用戶(hù)汽車(chē)工業(yè)的狀況。在2009年我國汽車(chē)產(chǎn)量達到1379.10萬(wàn)輛,首次超過(guò)日本成為世界汽車(chē)生產(chǎn)大國,2010年1~9月我國的汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)均超1300萬(wàn)輛,全年有望超過(guò)1700萬(wàn)輛,為2005年產(chǎn)量的3倍多?!笆濉币巹濐A測到2015年我國的汽車(chē)產(chǎn)量將達到2000~2500萬(wàn)輛。汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展與切削加工和刀具密切相關(guān)。
  再看能源工業(yè)。首先,歷時(shí)18年舉世矚目的三峽工程到2010年底已基本建成,其中26臺70萬(wàn)kW發(fā)電機組全部并網(wǎng)發(fā)電。在風(fēng)電領(lǐng)域,截止2009年,我國風(fēng)電新增裝機達到1380萬(wàn)kW,超過(guò)美國,成為當年新增風(fēng)電裝機容量世界的國家;2020年將達到2.3億kW,相當于13個(gè)三峽電站。在核電領(lǐng)域,2010年10月20日我國一座自己設計建造的秦山核電二期工程(3號機組)投入商業(yè)運行,至此我國投入商業(yè)運行的核電基地已有4個(gè),核電機組數量達13個(gè),裝機容量1000萬(wàn)kW;到2020年我國核電的裝機容量將達4000萬(wàn)kW。能源工業(yè)對先進(jìn)刀具將會(huì )有很大的需求。
  近幾年,我國高速列車(chē)技術(shù)發(fā)展之快受到世界各國的高度關(guān)注,隨著(zhù)滬杭高速的通車(chē),我國投入運營(yíng)的高速鐵路運行里程已達7431公里,居世界一;2011年京滬高速鐵路通車(chē)后,我國的高速鐵路將達1.3萬(wàn)公里;到2020年預計將建成1.6萬(wàn)公里的高速鐵路網(wǎng)。我國高速鐵路的領(lǐng)先優(yōu)勢和發(fā)展勢頭給刀具行業(yè)提供了新的發(fā)展機遇。
  在航空航天領(lǐng)域,具有自主知識產(chǎn)權的民用支線(xiàn)飛機AJR21已有四架投入試飛,累計飛行時(shí)間600多小時(shí),計劃首架飛機將于今年交付用戶(hù)運營(yíng)。而大家期盼已久的國產(chǎn)大飛機C919的開(kāi)發(fā)工作進(jìn)展迅速,將于2014年首飛,2016年交付用戶(hù),由此將逐步結束我國長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口國外大型民用飛機的局面。在航天事業(yè)方面,“十一五”期間,我國先后成功發(fā)射了嫦娥一號和二號探月飛船,成為世界探月俱樂(lè )部的第五個(gè)成員。我國將在2025年前后實(shí)現載人登月,中國人登上月球的夢(mèng)想正在變成現實(shí)。航空航天工業(yè)的難加工材料、合成材料的加工是切削技術(shù)的制高點(diǎn),將帶動(dòng)我國切削加工和刀具技術(shù)水平攀上新的高度。
  通過(guò)以上這些例子,我們自然會(huì )聯(lián)想到這樣的事實(shí):汽車(chē)、機車(chē)、各種電站的發(fā)電機組、航空航天器等機械零件加工效率的高低和加工質(zhì)量的好壞,都直接取決于刀具的切削性能;而在裝備制造行業(yè),很多新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和新材料的應用也都少不了切削加工工藝和刀具的創(chuàng )新??梢?jiàn),國民經(jīng)濟中很多重要工業(yè)部門(mén)的發(fā)展和進(jìn)步都離不開(kāi)切削加工技術(shù)和刀具。另一方面,也正是制造業(yè)發(fā)展的強大需求,推動(dòng)著(zhù)切削加工技術(shù)的快速發(fā)展和創(chuàng )新。
  因此,伴隨著(zhù)制造業(yè)的發(fā)展,切削加工技術(shù)和刀具的發(fā)展和創(chuàng )新同樣取得了很大的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)了從上個(gè)世紀末到本世紀初的發(fā)展,從世界范圍看,切削加工技術(shù)進(jìn)入了現代切削技術(shù)的發(fā)展階段,并顯現出現代切削技術(shù)的明顯特征,包括:切削加工技術(shù)水平全面提高,切削加工的效率成倍提高;開(kāi)發(fā)了高速切削、高效切削、硬切削、干切削等新的切削工藝和新的加工方法,突破了傳統切削加工的工藝范疇;刀具產(chǎn)品的結構全面更新:硬質(zhì)合金成為主要的刀具材料,涂層刀具的比例顯著(zhù)增加,可轉位刀具的比例提高,整體硬質(zhì)合金的標準通用刀具進(jìn)入實(shí)用階段,應用量不斷增加;刀具的創(chuàng )新速度大大加快,新牌號、新涂層、新結構不斷涌現,整個(gè)行業(yè)充滿(mǎn)著(zhù)活力;切削技術(shù)的內涵更加擴大,材料科學(xué)和計算機技術(shù)的應用效果顯著(zhù),刀具應用技術(shù)重要性增加;刀具行業(yè)確立了“面向制造業(yè),面向用戶(hù)”的經(jīng)營(yíng)理念,完成了從傳統的刀具行業(yè)向現代刀具行業(yè)的轉型,形成了刀具行業(yè)持續快速發(fā)展的機制。
  從我國刀具行業(yè)的現狀來(lái)看,一方面我們在以上六個(gè)方面也取得了不小的進(jìn)步,為我國制造業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻,但是與國外的先進(jìn)水平比,與先進(jìn)制造業(yè)對高性能刀具的要求相比,還有一定的差距。主要差距在產(chǎn)品結構的調整、刀具的創(chuàng )新和行業(yè)的轉型三方面,我們必須在“十二五”期間取得新的進(jìn)展,以滿(mǎn)足“十二五”發(fā)展規劃對刀具行業(yè)的需求,并為更長(cháng)遠的發(fā)展打下基礎。
 刀具材料的發(fā)展
  現在已是硬質(zhì)合金為主要刀具材料的時(shí)代,與高速鋼相比,硬質(zhì)合金有著(zhù)更好的性能和更高的切削效率,它和超硬刀具材料一起是現代切削技術(shù)高效率的重要的保證。我國目前硬質(zhì)合金刀具的比例約40%,遠遠低于工業(yè)發(fā)達國家的水平,制約了我國刀具產(chǎn)品總體水平的提高。而沒(méi)有好的刀具材料,任何刀具的創(chuàng )新和切削加工的進(jìn)步都缺少必要的物質(zhì)基礎,只能是空中樓閣。然而要從根本上解決這個(gè)問(wèn)題,涉及行業(yè)結構的調整,除了現有的株洲鉆石切削刀具股份有限公司外,要加快具有硬質(zhì)合金材料和刀具研發(fā)能力的生產(chǎn)基地的建設進(jìn)程,迅速增加硬質(zhì)合金刀具在所有刀具中的比重。這是一項投入較大的工程,需要政府有關(guān)部 
  刀具材料是刀具工業(yè)的基礎,刀具材料的發(fā)展對刀具切削性能的提高起著(zhù)決定性的作用。沒(méi)有好的刀具材料,好的刀具從何而來(lái)?高效切削從何而來(lái)?1900年高速鋼問(wèn)世,使切削速度較原合金鋼刀具提高3倍;20世紀中期推廣使用的硬質(zhì)合金刀具,又使切削速度較高速鋼提高2~3倍;現在使用的立方氮化硼和陶瓷等超硬材料刀具,又使切削速度提高數倍?,F在的刀具材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和超硬材料三大類(lèi)。
 ?。?)高速工具鋼GB/T9943-2008《高速工具鋼》將高速鋼分成三個(gè)檔次:即低合金高速鋼(HSS-L)、普通高速鋼(HSS)、高性能高速鋼(HSS-E)。所謂低合金高速鋼是指鎢當量(W+2Mo)小于12%但必須≥7%的高速鋼。此鋼??過(guò)適當的熱處理,硬度可≥63HRC,在軋制麻花鉆、機用絲錐等低速切削刀具中發(fā)揮重要作用,但國內不少刀具專(zhuān)家則不認同,他們說(shuō)低合金高速鋼不符合高速鋼性能要求,涉嫌假冒偽劣,在國際上聲譽(yù)不好,應該把它從高速鋼中驅逐出去。事實(shí)上,HSS-L自20世紀80年代在我國問(wèn)世至今,在全國各地,特別在江浙,假冒偽劣非常猖獗,用合金鋼冒充低合金高速鋼,明知道不屬高速鋼,在商品上還堂而皇之地標上“HSS”,真是“此地無(wú)銀三百兩”。
  HSS-E是在HSS的基礎上適當增加Co、V、Al等元素,并相應提高C,以提高其硬度和紅硬性。材料的價(jià)格雖貴,但在切削難加工材料時(shí)突顯其能。由于數控機床、加工中心和難加工材料的迅速發(fā)展,HSS-E的應用還會(huì )逐漸增加。
  粉末高速鋼力學(xué)性能較冶煉高速鋼顯著(zhù)提高,強度可提高20%~30%,韌性提高1.5~2倍。并且安全性、可靠性強,刀具壽命是HSS鋼刀具的幾倍仍至數十倍,國外早已普遍運用,但國內至今很少采用。
 ?。?)硬質(zhì)合金 高速鋼稱(chēng)霸刀具材料100多年,時(shí)下由于高速切削、干切削、硬切削的飛快發(fā)展,硬質(zhì)合金成了刀具材料新霸主。近年來(lái)因添加稀土金屬的硬質(zhì)合金、納米技術(shù)的應用、提高強度和韌性的超細顆粒硬質(zhì)合金和超硬涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用,顯著(zhù)提高了硬質(zhì)合金的高效切削性能,大大拓寬了硬質(zhì)合金的應用領(lǐng)域,現在高效先進(jìn)刀具,基本上是硬質(zhì)合金的一統天下。PVD、CVD等表面強化技術(shù)在刀具上獲得重大發(fā)展,就連硬質(zhì)合金等超硬刀具也要錦上添花。但應切記,再好涂層必須有好的前處理作支撐,如硬度低下或過(guò)熱超標的高速鋼刀具,涂層不會(huì )有好結果。所以要想使表面強化好,基礎一定要打牢。為趕超世界強國作出我們應有的貢獻?!『玫牡毒卟牧媳仨氂泻玫臒崽幚碜髦?。比如王牌高速鋼M42的應用就是如此。目前對M42鋼使用上存在兩個(gè)誤區:一是盲目追求高硬度;二是公式化的熱處理工藝。超硬高速鋼并非一定要超硬度。M42鋼通過(guò)適當的熱處理,可以達到68~70HRC,如此高的硬度對大多數刀具來(lái)說(shuō)是不適用的,刀具壽命歷來(lái)不依硬度高低論英雄,我們追求高硬度,但不唯高硬度,要在滿(mǎn)足韌性的前提下力求高硬度。雖是同一牌號的高速鋼制作不同的刀具,熱處理工藝應該有所不用,即應提倡熱處理工藝個(gè)性化,公式化的熱處理工藝已經(jīng)?落伍。
 
 ?。?)超硬刀具材料 這類(lèi)材料主要指陶瓷、立方氮化硼、金剛石。它們有很高的硬度和耐磨性,故可提高切削效率,近年來(lái)在制造業(yè)的應用范圍逐漸擴大。超硬刀具及其材料國內均有生產(chǎn)基地及供應商,關(guān)鍵問(wèn)題看用戶(hù)是否誠心使用。國家十二五規劃對新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持,立方氮化硼整體聚晶刀片必將帶來(lái)新的切削技術(shù)革命。在模具加工業(yè)中,超硬刀具發(fā)揮了重要作用,深信這類(lèi)刀具材料將有十分廣闊的應用前景。


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