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金剛石刀具、人才需同步前進

發(fā)布時間:2015-05-18 21:33:04
    刀具是一門復雜的學科，現(xiàn)代切削技術(shù)是在材料科學、裝備制造技術(shù)和信息技術(shù)等學科和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的，其覆蓋的專業(yè)領(lǐng)域已遠遠超出了傳統(tǒng)切削技術(shù)專業(yè)的范疇，專業(yè)人才的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)有較大的變化。尤其是硬質(zhì)合金、超硬刀具材料和涂層工藝在現(xiàn)代切削技術(shù)中具有的重要地位，必須引進新的專業(yè)人才。
    由于在大學本科的專業(yè)設(shè)置中已沒有金屬切削和刀具專業(yè)，大量新進的本科大學生普遍缺乏切削技術(shù)和刀具的專業(yè)基礎(chǔ)知識，而切削技術(shù)和刀具的基礎(chǔ)知識是刀具行業(yè)的看家本領(lǐng)，不只是搞刀具設(shè)計和開發(fā)的人員需要，而且搞材料開發(fā)的、搞涂層牌號開發(fā)的、甚至搞營銷的都要具備，要能用切削技術(shù)和刀具的基礎(chǔ)知識從刀具的切削效果中分析出存在的問題、改進的方向和創(chuàng)新的切入點。
    由此可以看出，一支復合型的數(shù)控工具行業(yè)人才隊伍對整個行業(yè)的發(fā)展而言至關(guān)重要。伴隨著企業(yè)的轉(zhuǎn)型，還要培養(yǎng)一支具有切削加工工藝系統(tǒng)知識的現(xiàn)場服務(wù)工程師隊伍，做營銷人員的技術(shù)支撐。
　　這是由于刀具知識涵蓋面很廣，要培養(yǎng)出一個熟練的人員一般都需要在本行業(yè)從業(yè)六七年以上，而因為生活的壓力，難有年輕人能堅持下來。
    先進刀具助力高速加工
       我們知道，根據(jù)被加工材料的不同，也需要相應(yīng)的刀具進行加工制造。比如飛機結(jié)構(gòu)件是飛機的主要受力部件，其外形與飛機曲面外形、風道外形、翼身溶合體外形等理論外形有關(guān)，零件內(nèi)、外形角度變化較大。
　　該類零件在國內(nèi)外均采用數(shù)控加工，尤其是五軸聯(lián)動加工，數(shù)控加工零件約占全部機加工零件的85％；整體結(jié)構(gòu)件都是用厚板加工而成，材料去除率達到90%以上，因此切削加工量極大。
　　同時，為了減輕飛機重量，結(jié)構(gòu)件的腹板和壁厚越來越薄，腹板厚度通常為1.5mm左右，在加工中非常容易變形，增大了零件的加工難度；飛機結(jié)構(gòu)件作為主要承力部件，裝配協(xié)調(diào)面、交點孔等精度要求高，以滿足精確裝配的需要，如腹板最高精度達到±0.1mm。因此航空整體結(jié)構(gòu)件具有尺寸大、壁薄、易變形以及切削加工難度大、零件精度高等工藝特點。
　　另外，隨著新一代戰(zhàn)機性能的逐步提高，新型高性能材料不斷引入，高強度難加工材料和低密度輕質(zhì)材料成為航空結(jié)構(gòu)件的兩大類主要材料，結(jié)構(gòu)件材料逐漸由鋁合金為主轉(zhuǎn)變?yōu)殇X合金、鈦合金、復合材料并重的局面。
　　目前，高速加工依然是實現(xiàn)這些飛機結(jié)構(gòu)件高效加工的主要途徑。高速加工技術(shù)不僅成倍地提高了生產(chǎn)效率，改善了零件的加工精度和表面質(zhì)量，而且有效地解決了低速加工中一些難解決的問題，如超薄零件的加工和某些特殊材料（如纖維增強塑料等）的高效加工等。
　　這些都對數(shù)控加工提出了很高的要求，可以說裝備對數(shù)控加工水平起著決定性的作用，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量。
　　當然這里所講的裝備包含兩層含義，一方面指各種類型的機床設(shè)備、工裝夾具，另一方面則指加工過程中涉及的各種刀具產(chǎn)品。
　　就飛機結(jié)構(gòu)件來說，刀具的正確選用和使用有時顯得尤為關(guān)鍵，其質(zhì)量、加工效率經(jīng)常成為制約零部件加工品質(zhì)和交貨周期的首要因素。成飛數(shù)控廠就針對產(chǎn)品材質(zhì)范圍廣的特點，形成針對不同材料的高效加工解決方案。例如，針對鈦合金材料，采用大功率、大扭矩機床和硬質(zhì)合金刀具或涂層刀具等高效刀具；針對鋁合金材料，采用高轉(zhuǎn)速機床和高速鋼或整體硬質(zhì)合金刀具，配合微量潤滑技術(shù)。
    來自鈦合金的挑戰(zhàn)
　　鈦合金憑借優(yōu)異的綜合力學性能、密度小、抗腐蝕性強等特點，成為飛機發(fā)動機理想的制造材料。
　　在航空發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)中，鈦合金已逐步取代耐熱鋼、不銹鋼等材料，成為各類連接件、緊固件等部件的首選材料。但同時，鈦合金的硬度高、耐磨性高等特點也給加工帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其是切削刀具，因鈦合金的切削性差而導致刀具磨損快等加工難題頻繁出現(xiàn)，嚴重影響了加工精度和效率。
　　其次，鈦合金在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫，使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮，從而形成又硬又脆的外皮。這就會造成工件加工表面的加工硬化現(xiàn)象，而且加工硬化速度快，使得刀具表面產(chǎn)生嚴重的劃痕，容易在切削過程中產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。
　　除此之外，鈦合金材料本身的物理和化學性能使其切削加工時與工件親和力大，切削加工時刀具與工件接觸時易產(chǎn)生黏刀現(xiàn)象，增大了刀具與工件間的摩擦，產(chǎn)生大量的切削熱。由此產(chǎn)生的大量切削熱無法及時通過切屑散發(fā)出去，大大降低了刀具的使用壽命。因此加工鈦合金的刀具必須具備高熱硬度。
　　從這個層面來看，鈦合金加工可以被看作是一項系統(tǒng)工程，需要從加工設(shè)備、切削刀具、切削參數(shù)、冷卻液等多個角度進行考慮。用于鈦合金加工的刀具材料的硬度及耐磨性要好，具有極好的耐熱性、在高溫下能保持較高的強度及韌性，以及一定的抗沖擊性和抗破壞性。
　　而滿足以上要求的刀具有：陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金刀具、立方氮化硼刀具（CBN）及類金剛石刀具（PCD）等。其中涂層硬質(zhì)合金刀具價格低廉，且具有良好的導熱性和較高的硬度，在紅硬性和韌性等方面也表現(xiàn)出色，雖然比陶瓷、立方氮化硼刀具（CBN）、類金剛石刀具的耐熱性和化學穩(wěn)定性要差一些，但比陶瓷和類金剛石刀具具有較高的抗沖擊性和抗破壞性。因此已成為加工鈦合金的首選刀具。
　　在車削參數(shù)方面，鈦合金加工也是需要更多考量的。如切削速度的設(shè)定，過高的切削速度會導致切削熱升高，刀具切削刃過熱、黏結(jié)現(xiàn)象嚴重，刀具磨損加重，會縮短刀具使用壽命；同時會導致鈦合金工件表層開裂或氧化，影響工件的力學性能，所以應(yīng)在保證較大的刀具耐用度下，選擇適當較低的切削速度，降低加工成本并保證加工質(zhì)量。
　　其次是切削深度的設(shè)定，因鈦合金工件加工前須進行預(yù)備熱處理，使得工件表面有一層氧化層，為提高刀具的耐用度應(yīng)采用相對較大的切削深度，可以直接切入鈦合金機體未氧化的金屬層，提高刀具使用壽命。另外參數(shù)設(shè)定時需要考慮的是進給量，進給量的大小對產(chǎn)生切削溫度的大小影響不是很大，在保證加工效率的前提下，減小切削速度增大進給量是合理的切削方式。
　　為保證加工質(zhì)量及提高刀具的耐用度，還應(yīng)考慮到冷卻液的使用，比如要充分對加工區(qū)域進行冷卻，冷卻液不僅可以有效降低切削溫度，還可以減少切削時對刀具的黏結(jié)現(xiàn)象，提高效率，延長刀具使用壽命。
　　正是由于一個小小的刀片蘊含著各方面的知識，因此對于各大刀具生產(chǎn)商或者刀具經(jīng)銷商而言，拜訪客戶，了解其訴求并為之做出相應(yīng)的方案是他們必修的功課，從這個意義上而言，刀具行業(yè)的競爭力在于其服務(wù)能力，而這離不開專業(yè)人才的支持。

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