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        3. 刀具与装备制造业

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          今天,当我们正在为实施“十二五”规划而整装待发的重要时刻,回顾“十一五”期间大家熟知的与装备制造业相关的一些重大成就,一定会感到我们从事切削加工和刀具制造的行业在“十二五”期间所肩负的重大责任,并对即将遇到的挑战和机遇作好充分的准备。
            首先,来看刀具的大用户汽车工业的状况。在2009年我国汽车产量达到1379.10万辆,首次超过日本成为世界汽车生产大国,2010年1~9月我国的汽车产销均超1300万辆,全年有望超过1700万辆,为2005年产量的3倍多。“十二五”规划预测到2015年我国的汽车产量将达到2000~2500万辆。汽车工业的发展与切削加工和刀具密切相关。
            再看能源工业。首先,历时18年举世瞩目的三峡工程到2010年底已基本建成,其中26台70万kW发电机组全部并网发电。在风电领域,截止2009年,我国风电新增装机达到1380万kW,超过美国,成为当年新增风电装机容量世界的国家;2020年将达到2.3亿kW,相当于13个三峡电站。在核电领域,2010年10月20日我国一座自己设计建造的秦山核电二期工程(3号机组)投入商业运行,至此我国投入商业运行的核电基地已有4个,核电机组数量达13个,装机容量1000万kW;到2020年我国核电的装机容量将达4000万kW。能源工业对先进刀具将会有很大的需求。
            近几年,我国高速列车技术发展之快受到世界各国的高度关注,随着沪杭高速的通车,我国投入运营的高速铁路运行里程已达7431公里,居世界一;2011年京沪高速铁路通车后,我国的高速铁路将达1.3万公里;到2020年预计将建成1.6万公里的高速铁路网。我国高速铁路的领先优势和发展势头给刀具行业提供了新的发展机遇。
            在航空航天领域,具有自主知识产权的民用支线飞机AJR21已有四架投入试飞,累计飞行时间600多小时,计划首架飞机将于今年交付用户运营。而大家期盼已久的国产大飞机C919的开发工作进展迅速,将于2014年首飞,2016年交付用户,由此将逐步结束我国长期依赖进口国外大型民用飞机的局面。在航天事业方面,“十一五”期间,我国先后成功发射了嫦娥一号和二号探月飞船,成为世界探月俱乐部的第五个成员。我国将在2025年前后实现载人登月,中国人登上月球的梦想正在变成现实。航空航天工业的难加工材料、合成材料的加工是切削技术的制高点,将带动我国切削加工和刀具技术水平攀上新的高度。
            通过以上这些例子,我们自然会联想到这样的事实:汽车、机车、各种电站的发电机组、航空航天器等机械零件加工效率的高低和加工质量的好坏,都直接取决于刀具的切削性能;而在装备制造行业,很多新产品的开发和新材料的应用也都少不了切削加工工艺和刀具的创新。可见,国民经济中很多重要工业部门的发展和进步都离不开切削加工技术和刀具。另一方面,也正是制造业发展的强大需求,推动着切削加工技术的快速发展和创新。
            因此,伴随着制造业的发展,切削加工技术和刀具的发展和创新同样取得了很大的进展。经过了从上个世纪末到本世纪初的发展,从世界范围看,切削加工技术进入了现代切削技术的发展阶段,并显现出现代切削技术的明显特征,包括:切削加工技术水平全面提高,切削加工的效率成倍提高;开发了高速切削、高效切削、硬切削、干切削等新的切削工艺和新的加工方法,突破了传统切削加工的工艺范畴;刀具产品的结构全面更新:硬质合金成为主要的刀具材料,涂层刀具的比例显着增加,可转位刀具的比例提高,整体硬质合金的标准通用刀具进入实用阶段,应用量不断增加;刀具的创新速度大大加快,新牌号、新涂层、新结构不断涌现,整个行业充满着活力;切削技术的内涵更加扩大,材料科学和计算机技术的应用效果显着,刀具应用技术重要性增加;刀具行业确立了“面向制造业,面向用户”的经营理念,完成了从传统的刀具行业向现代刀具行业的转型,形成了刀具行业持续快速发展的机制。
            从我国刀具行业的现状来看,一方面我们在以上六个方面也取得了不小的进步,为我国制造业的发展做出了重要的贡献,但是与国外的先进水平比,与先进制造业对高性能刀具的要求相比,还有一定的差距。主要差距在产品结构的调整、刀具的创新和行业的转型三方面,我们必须在“十二五”期间取得新的进展,以满足“十二五”发展规划对刀具行业的需求,并为更长远的发展打下基础。
           刀具材料的发展
            现在已是硬质合金为主要刀具材料的时代,与高速钢相比,硬质合金有着更好的性能和更高的切削效率,它和超硬刀具材料一起是现代切削技术高效率的重要的保证。我国目前硬质合金刀具的比例约40%,远远低于工业发达国家的水平,制约了我国刀具产品总体水平的提高。而没有好的刀具材料,任何刀具的创新和切削加工的进步都缺少必要的物质基础,只能是空中楼阁。然而要从根本上解决这个问题,涉及行业结构的调整,除了现有的株洲钻石切削刀具股份有限公司外,要加快具有硬质合金材料和刀具研发能力的生产基地的建设进程,迅速增加硬质合金刀具在所有刀具中的比重。这是一项投入较大的工程,需要政府有关部 
            刀具材料是刀具工业的基础,刀具材料的发展对刀具切削性能的提高起着决定性的作用。没有好的刀具材料,好的刀具从何而来?高效切削从何而来?1900年高速钢问世,使切削速度较原合金钢刀具提高3倍;20世纪中期推广使用的硬质合金刀具,又使切削速度较高速钢提高2~3倍;现在使用的立方氮化硼和陶瓷等超硬材料刀具,又使切削速度提高数倍。现在的刀具材料主要有高速钢、硬质合金和超硬材料三大类。
            (1)高速工具钢GB/T9943-2008《高速工具钢》将高速钢分成三个档次:即低合金高速钢(HSS-L)、普通高速钢(HSS)、高性能高速钢(HSS-E)。所谓低合金高速钢是指钨当量(W+2Mo)小于12%但必须≥7%的高速钢。此钢??过适当的热处理,硬度可≥63HRC,在轧制麻花钻、机用丝锥等低速切削刀具中发挥重要作用,但国内不少刀具专家则不认同,他们说低合金高速钢不符合高速钢性能要求,涉嫌假冒伪劣,在国际上声誉不好,应该把它从高速钢中驱逐出去。事实上,HSS-L自20世纪80年代在我国问世至今,在全国各地,特别在江浙,假冒伪劣非常猖獗,用合金钢冒充低合金高速钢,明知道不属高速钢,在商品上还堂而皇之地标上“HSS”,真是“此地无银三百两”。
            HSS-E是在HSS的基础上适当增加Co、V、Al等元素,并相应提高C,以提高其硬度和红硬性。材料的价格虽贵,但在切削难加工材料时突显其能。由于数控机床、加工中心和难加工材料的迅速发展,HSS-E的应用还会逐渐增加。
            粉末高速钢力学性能较冶炼高速钢显着提高,强度可提高20%~30%,韧性提高1.5~2倍。并且安全性、可靠性强,刀具寿命是HSS钢刀具的几倍仍至数十倍,国外早已普遍运用,但国内至今很少采用。
            (2)硬质合金 高速钢称霸刀具材料100多年,时下由于高速切削、干切削、硬切削的飞快发展,硬质合金成了刀具材料新霸主。近年来因添加稀土金属的硬质合金、纳米技术的应用、提高强度和韧性的超细颗粒硬质合金和超硬涂层技术的开发和利用,显着提高了硬质合金的高效切削性能,大大拓宽了硬质合金的应用领域,现在高效先进刀具,基本上是硬质合金的一统天下。PVD、CVD等表面强化技术在刀具上获得重大发展,就连硬质合金等超硬刀具也要锦上添花。但应切记,再好涂层必须有好的前处理作支撑,如硬度低下或过热超标的高速钢刀具,涂层不会有好结果。所以要想使表面强化好,基础一定要打牢。为赶超世界强国作出我们应有的贡献。 好的刀具材料必须有好的热处理作支撑。比如王牌高速钢M42的应用就是如此。目前对M42钢使用上存在两个误区:一是盲目追求高硬度;二是公式化的热处理工艺。超硬高速钢并非一定要超硬度。M42钢通过适当的热处理,可以达到68~70HRC,如此高的硬度对大多数刀具来说是不适用的,刀具寿命历来不依硬度高低论英雄,我们追求高硬度,但不唯高硬度,要在满足韧性的前提下力求高硬度。虽是同一牌号的高速钢制作不同的刀具,热处理工艺应该有所不用,即应提倡热处理工艺个性化,公式化的热处理工艺已经?落伍。
           
            (3)超硬刀具材料 这类材料主要指陶瓷、立方氮化硼、金刚石。它们有很高的硬度和耐磨性,故可提高切削效率,近年来在制造业的应用范围逐渐扩大。超硬刀具及其材料国内均有生产基地及供应商,关键问题看用户是否诚心使用。国家十二五规划对新材料产业发展的支持,立方氮化硼整体聚晶刀片必将带来新的切削技术革命。在模具加工业中,超硬刀具发挥了重要作用,深信这类刀具材料将有十分广阔的应用前景。


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