今天,當我們正在為實施“十二五”規(guī)劃而整裝待發(fā)的重要時刻,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(zhàn)和機遇作好充分的準備。
首先,來看刀具的大用戶汽車工業(yè)的狀況。在2009年我國汽車產(chǎn)量達到1379.10萬輛,首次超過日本成為世界汽車生產(chǎn)大國,2010年1~9月我國的汽車產(chǎn)銷均超1300萬輛,全年有望超過1700萬輛,為2005年產(chǎn)量的3倍多。“十二五”規(guī)劃預測到2015年我國的汽車產(chǎn)量將達到2000~2500萬輛。汽車工業(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kW發(fā)電機組全部并網(wǎng)發(fā)電。在風電領(lǐng)域,截止2009年,我國風電新增裝機達到1380萬kW,超過美國,成為當年新增風電裝機容量世界的國家;2020年將達到2.3億kW,相當于13個三峽電站。在核電領(lǐng)域,2010年10月20日我國一座自己設(shè)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,核電機組數(shù)量達13個,裝機容量1000萬kW;到2020年我國核電的裝機容量將達4000萬kW。能源工業(yè)對先進刀具將會有很大的需求。
近幾年,我國高速列車技術(shù)發(fā)展之快受到世界各國的高度關(guān)注,隨著滬杭高速的通車,我國投入運營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后,我國的高速鐵路將達1.3萬公里;到2020年預計將建成1.6萬公里的高速鐵路網(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(quán)的民用支線飛機AJR21已有四架投入試飛,累計飛行時間600多小時,計劃首架飛機將于今年交付用戶運營。而大家期盼已久的國產(chǎn)大飛機C919的開發(fā)工作進展迅速,將于2014年首飛,2016年交付用戶,由此將逐步結(jié)束我國長期依賴進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,成為世界探月俱樂部的第五個成員。我國將在2025年前后實現(xiàn)載人登月,中國人登上月球的夢想正在變成現(xiàn)實。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,將帶動我國切削加工和刀具技術(shù)水平攀上新的高度。
通過以上這些例子,我們自然會聯(lián)想到這樣的事實:汽車、機車、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)品的開發(fā)和新材料的應(yīng)用也都少不了切削加工工藝和刀具的創(chuàng)新??梢姡瑖窠?jīng)濟中很多重要工業(yè)部門的發(fā)展和進步都離不開切削加工技術(shù)和刀具。另一方面,也正是制造業(yè)發(fā)展的強大需求,推動著切削加工技術(shù)的快速發(fā)展和創(chuàng)新。
因此,伴隨著制造業(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展。經(jīng)過了從上個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)進入了現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展階段,并顯現(xiàn)出現(xiàn)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(tǒng)切削加工的工藝范疇;刀具產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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增加,可轉(zhuǎn)位刀具的比例提高,整體硬質(zhì)合金的標準通用刀具進入實用階段,應(yīng)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(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn),整個行業(yè)充滿著活力;切削技術(shù)的內(nèi)涵更加擴大,材料科學和計算機技術(shù)的應(yīng)用效果顯著,刀具應(yīng)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”的經(jīng)營理念,完成了從傳統(tǒng)的刀具行業(yè)向現(xiàn)代刀具行業(yè)的轉(zhuǎn)型,形成了刀具行業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的機制。
從我國刀具行業(yè)的現(xiàn)狀來看,一方面我們在以上六個方面也取得了不小的進步,為我國制造業(yè)的發(fā)展做出了重要的貢獻,但是與國外的先進水平比,與先進制造業(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(jié)構(gòu)的調(diào)整、刀具的創(chuàng)新和行業(yè)的轉(zhuǎn)型三方面,我們必須在“十二五”期間取得新的進展,以滿足“十二五”發(fā)展規(guī)劃對刀具行業(yè)的需求,并為更長遠的發(fā)展打下基礎(chǔ)。
刀具材料的發(fā)展
現(xiàn)在已是硬質(zhì)合金為主要刀具材料的時代,與高速鋼相比,硬質(zhì)合金有著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(xiàn)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。而沒有好的刀具材料,任何刀具的創(chuàng)新和切削加工的進步都缺少必要的物質(zhì)基礎(chǔ),只能是空中樓閣。然而要從根本上解決這個問題,涉及行業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,除了現(xiàn)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(shè)進程,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(chǔ),刀具材料的發(fā)展對刀具切削性能的提高起著決定性的作用。沒有好的刀具材料,好的刀具從何而來?高效切削從何而來?1900年高速鋼問世,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(xiàn)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(shù)倍?,F(xiàn)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。
?。?)高速工具鋼GB/T9943-2008《高速工具鋼》將高速鋼分成三個檔次: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??過適當?shù)臒崽幚?,硬度可?3HRC,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(nèi)不少刀具專家則不認同,他們說低合金高速鋼不符合高速鋼性能要求,涉嫌假冒偽劣,在國際上聲譽不好,應(yīng)該把它從高速鋼中驅(qū)逐出去。事實上,HSS-L自20世紀80年代在我國問世至今,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“此地無銀三百兩”。
HSS-E是在HSS的基礎(chǔ)上適當增加Co、V、Al等元素,并相應(yīng)提高C,以提高其硬度和紅硬性。材料的價格雖貴,但在切削難加工材料時突顯其能。由于數(shù)控機床、加工中心和難加工材料的迅速發(fā)展,HSS-E的應(yīng)用還會逐漸增加。
粉末高速鋼力學性能較冶煉高速鋼顯著提高,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(shù)十倍,國外早已普遍運用,但國內(nèi)至今很少采用。
?。?)硬質(zhì)合金 高速鋼稱霸刀具材料100多年,時下由于高速切削、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。近年來因添加稀土金屬的硬質(zhì)合金、納米技術(shù)的應(yīng)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)的開發(fā)和利用,顯著提高了硬質(zhì)合金的高效切削性能,大大拓寬了硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域,現(xiàn)在高效先進刀具,基本上是硬質(zhì)合金的一統(tǒng)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(yīng)切記,再好涂層必須有好的前處理作支撐,如硬度低下或過熱超標的高速鋼刀具,涂層不會有好結(jié)果。所以要想使表面強化好,基礎(chǔ)一定要打牢。為趕超世界強國作出我們應(yīng)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(yīng)用就是如此。目前對M42鋼使用上存在兩個誤區(qū):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鋼通過適當?shù)臒崽幚恚梢赃_到68~70HRC,如此高的硬度對大多數(shù)刀具來說是不適用的,刀具壽命歷來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(yīng)該有所不用,即應(yīng)提倡熱處理工藝個性化,公式化的熱處理工藝已經(jīng)?落伍。
(3)超硬刀具材料 這類材料主要指陶瓷、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,近年來在制造業(yè)的應(yīng)用范圍逐漸擴大。超硬刀具及其材料國內(nèi)均有生產(chǎn)基地及供應(yīng)商,關(guān)鍵問題看用戶是否誠心使用。國家十二五規(guī)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,深信這類刀具材料將有十分廣闊的應(yīng)用前景。