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现代切削技术的发展机制及技术特征

发布日期:[08-03-24 17:20:44] 浏览人次:[]
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从20世纪明年代开始,切削技术在工业发达国家获得了快速发展,至20世纪末对世纪初进人了以高速切削、高效切削为主要技术特征的“现代切削技术”新阶段。回顾历史,切削加工成为一门专业技术始于19世纪末20世纪初,至今已走过了整整一个世纪的历程。
自切削技术问世后,就一直作为制造技术的基础工艺,发挥着重要作用,为工业发达国家的工业化及经济发展做出过重要贡献。尽管在此过程中,切削技术本身也取得了不小的进步,但是直至20世纪六七十年代,总体上并没有超越传统切削技术的范畴,其最突出的标志是刀具的开发及生产与刀具的使用及用户基本上是相互分离的,没有形成相互促进、共同发展的机制。
  进入20世纪后半叶以来,由于计算机、微电子等新兴科学技术以及与切削技术紧密相关的材料科学的快速发展,切削技术随着制造业的发展和制造技术的进步也得到了快速发展,并进入了现代切削技术的新阶段。与传统的切削技术相比,现代切削技术不仅体现为切削速度更快、加工效率更高,而且形成了新的发展机制和模式,显现出新的技术特点,成为推动制造业和现代制造技术发展的重要技术因素。
  因此,认识和掌握现代切削技术的发展机制和模式及其技术特点,有利于加快我国切削技术的发展。

 现代切削技术的发展机制

  在切削技术问世后相当长的一段时期内,有一个问题始终困扰着工具行业和刀具用户,那就是,如果使用价格较贵的好刀具进行切削加工,虽然可以提高切削效率,但会增加制造成本,用户认为得不偿失。因此,许多用户舍不得花较多的钱买好的刀具,或者买了好刀后担心刀具很快用坏,将刀具寿命定得很长。这些观念和做法阻碍了刀具的更新,影响了刀具制造商开发新刀具的积极性,制约着切削效率的提高和切削技术的进步。


图1 制造成本模型

  一个制造经济学的成本模型(见图1)揭示了应用好的刀具与降低制造成本之间的内在关系。这一模型将零件制造成本分解为刀具费用、一般管理费用(与加工相关的间接费用)和加工费用(机床使用费、工人工资等),其中刀具费用只占3%~4%,一般管理费用占25%左右,而加工费用会高达70%。
  根据这一成本比例,可得出以下结论:如果消极地追求降低刀具费用,其结果只能降低零件制造成本中很少的百分数,例如降低刀具费用50%,零件制造成本也只能下降约2.5%,且末考虑因使用廉价刀具而增加停机时间或降低切削用量可能增加的成本费用。如果使用好的刀具,虽然刀具费用可能增加,但由于可以提高切削速度或进给量——譬如提高20%——则可使占零件制造成本70%的加工费用下降10%以上,大大高于由节省刀具费用所产生的2.5%的效益。目前在切削行业较为通行的说法是:提高切削速度或进给速度15%~20%,可以降低制造成本10%~15%。许多成本分析案例还表明,尽管好的刀具价格较贵,但由于提高了加工效率,分摊到每一工件上的刀具费用不但没有增加,甚至有所减少。
  该成本分析模型还告诉我们,使用好的刀具时,如果不注重提高切削效率而只是追求延长刀具寿命,对于降低制造成本只能收到十分有限的效果,甚至可能适得其反。
瑞典山特维克公司根据类似的制造成本分析模型及美国制造业的规模作出了以下预测:如果美国制造业推广应用性能更好的刀具,使切削速度普遍提高20%,那么每年可节省加工费用150亿美元。美国每年消耗刀具费用约30亿美元,如果为此而增加三分之一的刀具投入,也仅多花费10亿美元,然而却可产生150亿美元的效益。由此可见,切削刀具的创新可起到“四两拨千斤”的功效。
  根据我国的情况,中国机械工业金属切削刀具技术协会于2004年提出在全国开展“中国刀协20工程”,旨在通过人才培训、现代切削技术及先进刀具的推广,通过切

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