機械加工刀具的未來發展結構性創新研究

趙玉平 徐玉海 王愛平 馬慧斌 劉建林 王向上 邱新會 毛濤 王雪

摘 要：隨著制造業精密化、大型化、高速化發展，由“德國工業4.0”到“中國工業2025”，現代加工理念發生了巨大的變化，這些新形勢也同時對機床加工刀具的發展提出了更高的要求。該文以機械加工刀具的典型結構性創新設計作為研究，通過對目前機械加工刀具市場出現的傳統刀具產能過剩、非標準刀具供不應求的問題進行了研究，結果表明：只有尋求高效、多能、快換、經濟的刀具結構創新改革才能滿足機械加工刀具市場發展的需求，已經顯得尤為重要。

關鍵詞：制造業 ?刀具 ?產能過剩 ?結構

中圖分類號：TG71 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0107-02

1 國內現狀

我國制造業的高速發展，為切削刀具的發展提供了巨大的市場潛力。我國刀具消費總量已超過德、美、日等發達國家，近幾年的增長速度仍遠遠高于發達國家的水平。與此同時，國內刀具行業面臨著自身技術和工藝相對落后，國際刀具巨頭的強勢沖擊等挑戰。中國機床工具工業協會工具分會發布了國內刀具行業2010年經濟發展數據，數據顯示2010年我國國產刀具生產總量為290億元，其中出口刀具70億元，同年我國工具消費達到330億元，居全球第一。這表明2010年我國國產刀具在國內市場銷售額為220億元，國外刀具銷售額為110億元，占到我國刀具消費的1/3。盡管國產刀具市場份額大，但是其中現代高效刀具為代表的高端國產刀具只有20億元，而進口刀具全部是高端刀具。2011年開年以來，國內企業已進口多臺高精度的數控機床和檢測設備。如：臺灣遠山CNC數控磨床、德國WALTER軸數控磨床、英國COBORN 數控磨床、德國卓勒對刀儀等;有了數控機床主件上的提升，還需要在機床刀具功能部件上的匹配才能發揮作用。刀具行業從業者應該做些什么并且該如何做呢？在國際模具及五金塑膠產業供應商協會負責人羅百輝看來，“十二五”期間，轉變經濟發展方式將成為各個行業（包括刀具行業在內）發展的首要任務。近年來，國內的刀具行業總體上位于低水平的、千篇一律的標準化產品的大批量生產，已經成為刀具行業水平快速提高的一大阻力。隨著中國機床工業這八年的黃金發展期，刀具產業得到了空前的發展，許多企業的產量大幅提高，但這種提高并沒有太多地依靠技術的進步，而是主要以我們國家的廉價勞動力為基礎?？刂坪弥圃斐杀竞彤a品利潤，一個可選的方式就是提高制造能力，提高勞動生產率，使企業得到可持續的發展。

2 國外現狀

為了達到高效、多能、快換、經濟的目的，在《提升先進高效刀具機械加工成發展趨勢之一》（來源中國制造網）一文中闡述了國外數控加工刀具具有如下發展趨勢：對于刀具的發展有了清晰的闡述，刀片及刀柄高度的通用化、規格化、系列化;刀片或刀具的耐用度及經濟壽命指標的合理性;刀具或刀片幾何參數和切削參數的規范化、典型化;刀片或刀具材料及切削參數與被加工材料之間應相匹配;刀具應具有較高的精度，包括刀具的形狀精度、刀片及刀柄對機床主軸的相對位置;精度、刀片及刀柄的轉位及拆裝的重復精度;刀柄的強度要高、剛性及耐磨性要好;刀柄或工具系統的裝機重量有限度;刀片及刀柄切入的位置和方向有要求;刀片、刀柄的定位基準及自動換刀系統要優化。

3 問題的提出

上述研究成果的闡述指名了當前刀具的發展方向，為該項目的研究提供了理論基礎，確定了項目設計方案的基本思路，又結合寧夏地區制造業企業的實際發展的調研情況，提出了該項目的研究。

4 刀具制造的方法

目前，刀具的制造方法有：（1）傳統整體固定法;（2）釬焊法;（3）機械夾固式。每種刀具的制造方法都有其利弊。快速定位換刀法，機夾可轉位?？赊D位刀具夾固機構應滿足夾緊可靠、裝卸方便、定位精確等要求。

5 刀具制造的材料選擇

刀具切削性能的好壞是由刀具材料、切削部分幾何形狀、刀具的結構決定的，因此刀具材料如何選擇對于刀具壽命、加工質量、生產效率方面是至關重要的。

5.1 刀具材料的性能

刀具在切削過程中要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊的作用，因此對于刀具切削部分所使用的材料必須要滿足一定的性能，它們分別是：硬度和耐磨性;強度和韌性;導熱性和高溫耐熱性;耐沖擊性和良好的工藝性。

5.2 常用的刀具材料

常用的刀具材料有高速鋼、硬質合金、工具鋼、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等，在生產中主要使用的是高速鋼、硬質合金兩大類，碳素工具鋼、合金工具鋼因耐熱性差，而局限在手工或切削速度較低的場合下使用。

鑒于上訴原因，本設計的刀具材料選擇了高速鋼和硬質合金作為刀具材料。

6 刀具的結構設計

為了達到高效、多能、快換、經濟的目的，本設計選擇了機械夾固式組合刀具。（見圖1）其特點是刀片、刀頭、刀柄通過螺釘（栓）壓緊組合在一起，哪個部分損壞就更換哪個部分，使用時不浪費材料。我們知道，刀具在使用時最容易損壞的是刀片，其次是刀頭，再次是刀柄，很多刀具就是因為刀片、刀頭損壞而不能繼續使用，扔掉造成浪費。因此這3個部分分開制造，組合在一起使用。經過首先在車床生產實踐的運用，其效果達到了預設要求。于是我們將此成果推行到系列化產品當中，使該種刀具形成了系列化的產品，這項研究目前已作為省級課題立項。

7 結論

（1）機械夾固式組合刀具的創新研究符合刀具的系列化發展方向和生產需求。

（2）機械加工刀具的未來發展結構性創新設計方向應是以高效、多能、快換、經濟為目標。

（3）機械夾固式組合刀具是根據刀具的不同部位損壞情況予以更換，降低成本，經濟實用，能夠避免材料浪費，具有廣闊的市場需求前景。

參考文獻

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