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如何通過刀具降低發動機加工成本?

發布時間:2016-07-23 | 來源: | 作者:
   充分發揮刀具優勢,降低刀具加工成本,是刀具管理的主要內容。本文從機加工的角度出發,結合技術管理經驗,總結了通過刀具的合理使用降低發動機加工成本的幾種途徑及方法。

  機加工中,刀具是由機床、刀具和工件組成的切削加工工藝系統中最活躍的因素,刀具的使用直接影響生產效率、機床的使用性能以及產品的質量。如何有效發揮刀具的作用,降低加工成本,是刀具管理的主要內容。

  在發動機的生產中,需要重視和做好刀具選型工作;在批量生產階段,可通過刀具材料升級、刀具國產化、切削工藝優化以及刀具的二次利用等方法,開展持續優化工作。本文從技術及使用和管理兩方面,對發動機制造的降成本方法進行了歸納及總結。

  項目初期的刀具選型

  刀具選型(刀具材料、刀具結構及切削參數的合理選擇)直接影響切削加工的生產效率和刀具壽命的高低、加工成本的多少、加工精度和加工表面質量的優劣等。

  刀具選型從項目管理的角度看,需要綜合成本投入、項目時間節點、生產節拍及產能需求等因素;從技術角度來看,選型根據被加工對象的材料和幾何特征、加工設備和加工精度等條件選擇刀具。刀具選型是一項技術含量很高的工作,需要選型人員在機械加工領域具有較強的理論知識與較豐富的實踐經驗,需要懂工藝、懂材料、懂設備和懂編程,同時還必須熟悉國內外刀具市場及其最新發展現狀。

  刀具材料升級

  切削向著高速切削方向發展,提高切削效率的同時,也大幅地降低了切削刀具成本。陶瓷、金剛石和立方氮化硼(CBN)等超硬材料的開發及應用在發動機制造領域日趨廣泛;鋁合金材料工件使用聚晶金剛石(PCD)材質刀具,鑄鐵材料工件使用陶瓷、CBN材質刀具,可極大地提高切削效率,降低刀具成本;涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性,切削時可比未涂層刀具提高刀具壽命3~5倍以上,提高切削速度20%~70%,提高加工精度0.5~1級,降低刀具消耗費用20%~50%。

  刀具國產化

  近年來,國內刀具行業取得了快速發展,產品的工藝水平有了明顯提高,在成本、交貨期和售后服務方面優勢明顯。特別是在超硬度刀具方面,如磨料、PCD和CBN刀片,與國外刀具廠商形成了有力的競爭態勢。

  與進口刀具相比,國產刀具的最大優勢在于貼近生產,經濟實用。刃口部分國產化,一般可降低刀具單價加工成本20%以上;刀體、刀具零部件國產化,通常采購價降幅可超過1倍;國產刀具交貨期一般在15天左右,甚至更短,交貨形式靈活,而進口刀具往往需要2~3個月,甚至更長。

  近幾年,部分國產刀具企業創新轉型效果明顯,發展較好,已經大范圍地替代了某些進口刀具,雖然其設計開發新產品的能力與國外知名品牌刀具廠家仍然存在著一定差距,但這一差距正在逐漸縮小。

  切削優化

  如何在加工質量、加工效率和加工成本之間尋求側重及平衡,也是降低加工成本的一個有效途徑。通常可通過優化切削參數、切削路徑來實現,必要時需要更改刀具幾何形狀。在切削優化發面有著很多的方法和技巧,如在切削參數優化上,較常規的銑削方式是在整個切削過程中采用恒定的切削轉速和進給,但存在一定切削效率的浪費,可根據切削負載或切削力的變化調整轉速和進給,以最優化的切削參數、切削路徑完成加工。粗加工采用變速切削可有效地減小機床負載、提高切削效率,精加工采用變速切削優化切削質量、提高切削效率。

  切削優化的方法除了理論推測、刀具測試外,切削仿真分析也十分便捷。切削仿真可模擬加工中材料的性能、受力、熱流、溫度、切屑形成、切屑斷裂及殘余應力;也可以基于整個切削加工過程的工藝分析模塊,得到加工中的切削力、溫度和功率等結果,從而對切削力及溫度、進給量及切削速度、CNC程序進行優化。仿真分析通過建立模型,將切削過程在計算機進行微觀及宏觀的加工分析,這些過程需要借助特定功能的軟件來實現,比如Mastercam軟件可對數控編程、刀具路徑摸擬進行分析,AdvantEdge刀具仿真軟件可進行加工有限元分析。仿真分析可減少切削試驗的成本投入,可有效地指導刀具優化工作。

  刀具二次利用

  在批量生產的加工線上,有些使用一次就基本報廢的刀具,可想辦法進行二次利用。如精加工刀片使用后,可用于半精或者粗加工;一些右旋刀具由于結構限制,一部分刃口不能使用,可通過制作左旋刀盤使用這部分刃口;另外,鉆頭、絲錐和刀片可通過修磨實現再次利用。

  刀具管理

  除了技術上的改進外,管理上的進步同樣不可忽視,刀具管理涉及刀具的選用、試驗、采購、調整、刃磨、修理、庫存設置及控制、刀具的使用壽命控制、生產中加工問題的跟蹤分析和解決、刀具的優化和改進等,包含企業管理、質量管理、物流管理、刀具技術、信息與數據庫的收集,財務與成本控制以及人力資源管理等多方面的工作,過程復雜,因此需要建立完善的刀具管理體系,以確保過程穩定且可控、工作高效。

  結語

  充分發揮刀具優勢,降低刀具加工成本,是刀具管理的主要工作。本文從發動機加工的角度出發,結合技術管理經驗,總結了如何通過刀具的合理使用降低加工成本的一些方法。方法的選用,需要從具體情況出發,同時也需要刀具技術人員熟悉加工知識,及時掌握切削發展動態。

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