一、前言
目前，我國已成為世界飛機零部件的重要轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國，波音、麥道、空客等世界著名飛機制造公司都在我國轉(zhuǎn)包生產(chǎn)從尾翼、機身、艙門到發(fā)動機等各種零部件，這些飛機零部件的加工生產(chǎn)必須采用先進(jìn)的加工裝備和加工工藝。為此，國內(nèi)各飛機制造公司均進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進(jìn)了大量國外先進(jìn)的加工裝備，使我國的飛機制造業(yè)設(shè)備的數(shù)控化率越來越高。與此同時，大量高速、高效、柔性、復(fù)合、環(huán)保的國外切削加工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使切削加工技術(shù)發(fā)生了根本的變化。刀具在航空航天加工領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的新階段。與此形成鮮明對比的是，我國的裝備制造業(yè)和以制造業(yè)為主要服務(wù)對象的傳統(tǒng)的工具工業(yè)卻無法滿足航空航天工業(yè)對現(xiàn)代制造裝備和先進(jìn)加工工藝的要求。
下面結(jié)合我國航空航天工業(yè)加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，著重介紹我國高效、高速切削刀具的生產(chǎn)應(yīng)用情況，對我國工具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題提出自己的看法。
二、航空航天工業(yè)加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢及其特點
①以整體件為代表的鋁合金結(jié)構(gòu)件
為了提高零件的可靠性、降低成本和減輕重量，傳統(tǒng)的鉚接結(jié)構(gòu)逐步被整體薄壁的機加工結(jié)構(gòu)件所代替。這類零件由于大部分是用整體實心鋁合金材料制成的薄壁、細(xì)筋結(jié)構(gòu)件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削產(chǎn)生的熱量少、切削力小、零件變形小，因此提高生產(chǎn)效率的唯一途徑是采用四軸或五軸聯(lián)動機床進(jìn)行高速銑削加工。
②以鈦基和鎳基合金零件為代表的難切削材料零件
由于鈦（鎳）合金具有比強度高、熱強度好、化學(xué)活性大等特點，目前飛機發(fā)動機重要部件采用鈦基和鎳基合金材料的逐漸增多。采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，為常規(guī)切削速度的10倍。這類材料的加工特點是：切削力大、切削溫度高、加工硬化和粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重、刀具易磨損。
③以碳纖維復(fù)合材料零件為代表的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件
復(fù)合材料現(xiàn)已成為新一代飛機機體結(jié)構(gòu)主要材料之一，如飛機上的大型整體成形的翼面壁板、帶縱墻的整體下翼面等。主要切削工藝有鉆孔和切邊。
2.航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)
從航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢和特點可以看出，航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)主要包括針對鋁合金結(jié)構(gòu)件的高速切削加工技術(shù)和針對鈦（鎳）基合金等難加工材料的切削加工技術(shù)兩個方面。
①鋁合金高速切削加工技術(shù)
目前，適用于進(jìn)行鋁合金高速切削的加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000r/min以上，有的可高達(dá)60000～100000r/min，切削速度可達(dá)2000～5000m/min，加工進(jìn)給速度達(dá)2～20m/min，材料的去除率30～40kg/h，工作臺的加（減）速度達(dá)到1～10g。
近年來，國內(nèi)兩大航空集團(tuán)的飛機制造骨干企業(yè)均進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進(jìn)的數(shù)控金切機床總數(shù)就已超過500臺，絕大多數(shù)是從歐洲、美國、日本進(jìn)口的高速加工機床，但由于高速加工的相關(guān)配套技術(shù)（如刀具技術(shù)、高速加工工藝技術(shù)）未能及時跟上，大多數(shù)設(shè)備在生產(chǎn)中的實際使用主軸轉(zhuǎn)速在10000r/min左右，未能充分發(fā)揮設(shè)備的效能。有的企業(yè)采用國產(chǎn)刀具僅能在6000r/min以下使用，15000r/min以上必須采用進(jìn)口刀具。
②難加工材料的切削加工技術(shù)
航空動力部門大量采用鎳基合金（如Inconel718）和鈦合金（如TiAl6V4）制造飛機發(fā)動機零件。對于這些難加工材料，目前國內(nèi)的切削加工技術(shù)水平還比較低，僅少數(shù)企業(yè)開展了部分研究應(yīng)用，切削速度僅能達(dá)到80～100m/min，還沒有在生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用。
3.高速切削刀具材料
高速切削技術(shù)的發(fā)展過程中，刀具技術(shù)起到了非常關(guān)鍵的作用。高速切削刀具材料和刀具制造技術(shù)都發(fā)生了巨大的變化，大體上說，目前適合進(jìn)行高速切削的刀具材料主要有三類：
——各種涂層硬質(zhì)合金刀具；
——陶瓷刀具；
——超硬材料刀具。
4.高速工具系統(tǒng)
高速切削用的刀具，尤其是高速旋轉(zhuǎn)刀具，由于旋轉(zhuǎn)速度很高，無論從保證加工精度方面考慮，還是從操作安全方面考慮，對它的裝夾技術(shù)都有很高的要求。7:24錐柄、彈簧夾頭、螺釘?shù)葌鹘y(tǒng)的刀柄形式和刀具的裝夾方式已不能滿足高速加工的需要。開發(fā)新型的高速工具系統(tǒng)已成為高速切削系統(tǒng)的重要組成部分。
在刀柄方面：ISO標(biāo)準(zhǔn)的HSK刀柄已成為高速切削刀柄的主流。
在夾緊部位方面：國外各刀具公司研制開發(fā)了液壓夾頭、熱裝夾頭、壓入式夾頭等各種刀具夾緊系統(tǒng)。
在刀具安全性技術(shù)方面：按ISO1940/1的規(guī)定，旋轉(zhuǎn)刀具的動平衡已達(dá)G40等級以上，某些精加工高速銑刀的不平衡質(zhì)量已達(dá)到G2.5級，而美國平衡技術(shù)公司推出的刀具動平衡機甚至可平衡到G1.0級。
三、我國高速切削刀具的現(xiàn)狀及存在的問題
1.我國工具行業(yè)開發(fā)高速切削刀具的現(xiàn)狀
近年來，隨著我國航空制造業(yè)高速加工刀具需求的日益增加，國內(nèi)工具制造企業(yè)加大了自身技術(shù)改造的投入力度，針對高速切削加工技術(shù)和高速加工刀具開展了一系列的研究開發(fā)工作，取得了一定的成效。
下面簡要介紹國內(nèi)幾家主要高速加工刀具生產(chǎn)廠的高速刀具開發(fā)生產(chǎn)情況：
①株洲鉆石切削刀具股份有限公司
該公司研制開發(fā)的超微細(xì)PVD涂層牌號YBG102、YBG202和CVD涂層牌號YBM351的整體硬質(zhì)合金銑刀，其轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r/min，進(jìn)給速度可達(dá)2m/min，已在航空制造企業(yè)得到了應(yīng)用，該公司為飛機艙體結(jié)構(gòu)薄壁件加工開發(fā)的三刃整體硬質(zhì)合金高速銑刀，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，已替代進(jìn)口，形成了國產(chǎn)化�，F(xiàn)正在開發(fā)25000～30000r/min的高速銑刀。
②陜西航空硬質(zhì)合金工具公司
該公司是航空航天行業(yè)所屬企業(yè)。目前主要為航空制造業(yè)開發(fā)生產(chǎn)焊接式螺旋刃立銑刀和整體硬質(zhì)合金銑刀，產(chǎn)品主要供應(yīng)航空制造企業(yè)。由于目前國內(nèi)硬質(zhì)合金材料性能達(dá)不到航空企業(yè)高速加工的要求，因此，整體硬質(zhì)合金銑刀的棒料主要依靠進(jìn)口。
③四平興工刃具有限公司
該公司在上世紀(jì)90年代初在全國首家引進(jìn)了德國GUHRING公司整體刀具加工生產(chǎn)線，專業(yè)從事整體硬質(zhì)合金棒狀刀具的開發(fā)和生產(chǎn)。該廠生產(chǎn)的整體硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)品，已供多家航空制造企業(yè)。該公司的整體硬質(zhì)合金銑刀的棒料也主要依靠進(jìn)口。
④自貢硬質(zhì)合金有限公司成都分公司
該公司為航空制造業(yè)提供的刀具主要是整體硬質(zhì)合金棒狀刀具，以整體硬質(zhì)合金立銑刀為主，其生產(chǎn)的單齒高速整體硬質(zhì)合金立銑刀，轉(zhuǎn)速可達(dá)8000～12000r/min，加工鈦合金的立銑刀，切削速度可達(dá)40m / min，該公司用于高速切削的整體硬質(zhì)合金銑刀的棒料也主要依靠進(jìn)口。
⑤森泰英格（成都）數(shù)控刀具有限公司
該公司開發(fā)生產(chǎn)的高速加工用HSK熱裝柄工具系統(tǒng)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平。
⑥哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限公司
該公司下屬的子公司凱獅－林克斯（KELCH LINKS）公司主要生產(chǎn)銷售高效高精度卡具和刀具熱套裝設(shè)備等產(chǎn)品。其中，HSK刀柄可接受批量訂貨。
此外，近年來，成都工具研究所、成量集團(tuán)公司、上海工具廠有限公司等工具行業(yè)的骨干企業(yè)，圍繞高速加工技術(shù)，在硬質(zhì)合金材料、涂層和刀具加工等方面也加大了技改的投入力度，取得了初步成效，已開始為航空航天工業(yè)提供產(chǎn)品和技術(shù)。
2.目前我國高速切削刀具發(fā)展所存在的問題
目前，我國現(xiàn)代制造業(yè)所需的高精度、高效率、高可靠性刃具產(chǎn)品和加工技術(shù)，80%以上依靠進(jìn)口，我國刀具行業(yè)無法滿足航空工業(yè)高速加工需要的原因主要在以下幾方面：
①對發(fā)展現(xiàn)代刀具工業(yè)的必要性和緊迫性缺乏認(rèn)識
我國刀具企業(yè)中的國有大中型企業(yè)，在長期計劃經(jīng)濟(jì)的條件下生產(chǎn)千篇一律的標(biāo)準(zhǔn)化刀具，形成了墨守成規(guī)的慣性。近年來，雖然看到了國外刀具工業(yè)在技術(shù)上的飛速進(jìn)步，卻沒有認(rèn)清現(xiàn)代制造業(yè)需要的是“三高一專（高精度、高效率、高可靠性和專業(yè)化）”現(xiàn)代刀具。十幾年來雖然引進(jìn)了一些先進(jìn)技術(shù)和裝備，但是，這些裝備一是總量不夠，二是其中很大一部分被用到了標(biāo)準(zhǔn)刀具的生產(chǎn)線，繼續(xù)生產(chǎn)千篇一律的標(biāo)準(zhǔn)化刀具，對發(fā)展現(xiàn)代刀具工業(yè)的必要性和緊迫性缺乏認(rèn)識。
②對現(xiàn)代刀具工業(yè)“高起點、大投入、規(guī)�；�、國際化”的發(fā)展特點認(rèn)識不足，投入強度過低，也影響了發(fā)展
由于業(yè)內(nèi)人士對現(xiàn)代刀具工業(yè)“高起點、大投入、規(guī)�；H化”的發(fā)展特點認(rèn)識不足，導(dǎo)致投入強度過低。國際上的刀具巨頭，其資產(chǎn)超過主機廠的比比皆是。多則幾十億美元，少的也有幾億美元。我國刀具工業(yè)從全行業(yè)的結(jié)構(gòu)看，要形成少數(shù)大而強、多數(shù)小而專的合理格局。但是，從全局范圍看，少數(shù)幾家領(lǐng)頭羊的投資規(guī)模，10～15億元人民幣是最低的門檻。沒有這樣的投入強度，不能建成真正意義上的現(xiàn)代刀具工業(yè)，也滿足不了我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。
這里想要特別強調(diào)的是，發(fā)展現(xiàn)代工具制造業(yè)面臨著掌握開發(fā)高性能新型工具材料，新型表面涂層技術(shù)和刀具專用數(shù)字化制造技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，引進(jìn)國外先進(jìn)裝備的代價十分高昂只是問題的一個方面，實際上很多新材料、新涂層和制造軟技術(shù)都面臨跨國集團(tuán)的技術(shù)封鎖，必須自行開發(fā)和掌握。因此，消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，在這個基礎(chǔ)上培養(yǎng)人才，自主創(chuàng)新，樹立品牌，取得用戶認(rèn)同，需要有一個過程。按照目前大多數(shù)國有工具企業(yè)用貸款搞技改的投資方式，往往五年內(nèi)要求還本付息，使得工具企業(yè)只能把主要投入放在市場成熟，風(fēng)險較小的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具方面，現(xiàn)代硬質(zhì)合金高效刀具的發(fā)展受到了投資體制的嚴(yán)重制約。
希望國家從政策層面，鼓勵風(fēng)險投資進(jìn)入裝備行業(yè)，有力地促進(jìn)現(xiàn)代高效刀具的發(fā)展，沒有這種風(fēng)險投資的有力支持，中國工具工業(yè)難以強大起來，也不可能對航空航天工業(yè)以及現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展真正形成有力的支持。
③我國刀具行業(yè)自主研發(fā)和創(chuàng)新能力與國外相比存在較大差距
首先，作為主要刀具材料的硬質(zhì)合金牌號開發(fā)與國外產(chǎn)品有較大的差距，影響著整體切削水平的提高。目前，僅有株洲鉆石切削刀具有限公司、自貢硬質(zhì)合金有限公司、成都工具研究所等少數(shù)單位的個別牌號其性能接近國外產(chǎn)品，并且新牌號創(chuàng)新和升級的速度緩慢，使我國量大面廣的一般機械加工行業(yè)的切削水平普遍處于低速、低效的狀態(tài)。
其次，在涂層技術(shù)方面，除成都工具研究所自行開發(fā)涂層技術(shù)和設(shè)備外，我國既缺少基礎(chǔ)理論研究，又缺少應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備的開發(fā)，行業(yè)內(nèi)基本上都走引進(jìn)設(shè)備、引進(jìn)技術(shù)一條路。
第三，在刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，基本上是空白，在去年的CIMT 2005國際機床展覽會上，很難發(fā)現(xiàn)有我國原創(chuàng)的刀具產(chǎn)品。其原因還與我國刀具工業(yè)的主體仍處于生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具的模式之中。通用標(biāo)準(zhǔn)刀具的產(chǎn)量產(chǎn)值仍占各大刀具公司的絕大部分。
我國切削技術(shù)和刀具的落后，還表現(xiàn)在我國刀具工業(yè)的結(jié)構(gòu)上，在我國只有個別刀具公司真正具備硬質(zhì)合金刀具材料和涂層這兩項核心技術(shù)，多數(shù)刀具廠都缺少硬質(zhì)合金材料這項核心技術(shù)，有些刀具廠雖然引進(jìn)了涂層設(shè)備，但不具備開發(fā)能力，制約著刀具公司進(jìn)一步做大、做強。
④不規(guī)范的市場環(huán)境，導(dǎo)致劣質(zhì)低價產(chǎn)品惡性競爭
眾所周知，切削刀具的主要材料高速鋼和硬質(zhì)合金，都要以金屬鎢和其他稀有合金元素為原料煉制。而鎢資源在全球是一種稀缺資源，但在我國的蘊藏量居世界第一。這本來為我國發(fā)展優(yōu)質(zhì)刀具材料提供了一個得天獨厚的條件，但遺憾的是，這個優(yōu)勢非但沒有得到發(fā)揮，反而被一些人利用走向了反面。這些人對鎢資源的“亂采濫伐”造成了開采和流通秩序的混亂，大量低價的鎢精礦流向國際和國內(nèi)市場，造成價格的大幅度下跌。加速了資源的枯竭，生態(tài)環(huán)境的惡化，國有重點礦山受到嚴(yán)重破壞。這種現(xiàn)象若任其發(fā)展，損害的不僅是一個行業(yè)的利益，還會從根本上動搖社會主義市場經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。
在當(dāng)前的新形勢下，過去沿用的“不惜一切代價出口創(chuàng)匯”的指導(dǎo)方針應(yīng)予改變。要按照中央提出的科學(xué)發(fā)展觀，既要鼓勵出口，還要重視出口的效益，以及對國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的影響，刀具行業(yè)這種低檔產(chǎn)品大量出口，以浪費資源、能源和損害環(huán)境為代價，謀取一些局部利益的做法，應(yīng)予改變。建議政府在出口政策方面，按照形勢的變化，適時進(jìn)行調(diào)整。鼓勵和引導(dǎo)企業(yè)從低檔產(chǎn)品盲目發(fā)展和削價競銷的旋渦中解脫出來，走上一條健康發(fā)展的道路。
四、結(jié)束語
歷史的經(jīng)驗證明，一個產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)是無法通過交換得來的，要得到核心技術(shù)，唯一途徑是提高自主創(chuàng)新能力。黨的十六屆五中全會，對我國在“十一五”時期的發(fā)展戰(zhàn)略和目標(biāo)做出重要部署，提出要堅定不移地以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全局，把提高自主創(chuàng)新能力作為調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式的中心環(huán)節(jié)；要形成一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和知名品牌、國際競爭力較強的優(yōu)勢企業(yè)，加快發(fā)展包括裝備制造業(yè)在內(nèi)的先進(jìn)制造業(yè)，發(fā)揮制造業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐作用，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。這一重要發(fā)展戰(zhàn)略的提出，為我國裝備制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。工具工業(yè)作為我國裝備制造業(yè)的一部分，就必須瞄準(zhǔn)我國制造業(yè)的需要，立足于提高自主創(chuàng)新能力，開始高起點發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)健康、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展服務(wù)。
|
