| 现代数控折弯机模具切削加工技术的发展趋势 | 2012年04月17日 |
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现代数控折弯机模具切削加工技术的发展趋势
从世界范围观察中国制造业的发展可以看出，中国制造业近年发展迅速。对数控折弯机模具行业来说，这意味极大的市场。而在这种背景下，中国低水平的制造成本是公认的事实。从劳动生产率看，有统计资料表明，中国和德、美、日等发达国家相比，大约差距3～5倍。如此大的市场，低水平的劳动生产率，再加上制造技术的不断进步和发展，对数控折弯机模具行业来说，既是机遇，更是挑战。市场对数控折弯机模具的需求，不仅是量的增长，更重要的是质的提高。从用户行业看，有七大行业对数控折弯机模具的需求量最为显著。
模具制造业是数控折弯机模具用量最大的行业之一。在模具制造过程中，成型模、热作模、冷作模、塑模等几乎所有环节中都需要用到数控折弯机模具。此外，汽车、高速列车、一般机械制造业、以及近年来逐渐扩大用量的木材加工业都已成为数控折弯机模具行业的主要用户。
航空航天业是最传统也是最为重要的数控折弯机模具应用领域。在该行业中，数控折弯机模具一般用来切削飞机结构件。这些结构件一般体积较大，过去大量采用铝合金。随着钛合金、复合材料应用领域的扩大，对数控折弯机模具加工的要求也越来越高。
作为国家重点扶持工业之一，近年来，政府已投入大量资金用于航空航天业大型客机的研发。这些研发是方方面面的，我们抽出与数控折弯机模具有关的方面来分析，着重研讨结构件材料的使用。
从最新的波音787机身可以看出，过去大量采用铝合金直接覆盖的方法已逐渐被舍弃，取而代之的是复合材料的直接铺设和缠绕。此外，钛合金的用量也在增加。与过去相比，新的方法可大大降低飞机重量，节省燃油和能耗，对大型客机来说，这一点尤其重要。
钛合金是公认的难加工材料。只需要铺设和缠绕的复合材料看似不需要很大的加工量，但是对加工质量的要求却越来越高。对数控折弯机模具行业来说，这都是不小的挑战。除了机身结构件外，对飞机发动机的加工也是一个难点。发动机一般采用难加工材料制成，形状复杂，需要切槽钻孔、叶片加工等工序，对数控折弯机模具的实际切削效果要求非常高。此外，为满足飞机结构件的高质量要求，一般情况下都选用整体毛坯来加工，90％以上的材料都将被切除掉，由于加工量大，因此对加工效率要求极高。
切削加工技术的发展趋势
从数控折弯机模具发展历程看，从十九世纪末到二十世纪中期，数控折弯机模具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金数控折弯机模具材料并获得广泛应用；二十世纪50年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削数控折弯机模具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪70年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石数控折弯机模具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
数控折弯机模具材料的选择是切削加工成功的基础。与硬质合金相比，PCD数控折弯机模具速度可达4000m/min，而硬质合金只有其1/4。从寿命上看，PCD数控折弯机模具一般能提高20倍。从加工出的表面质量看，PCD的效果比硬质合金要好30％～40％。此外，CBN（立化氮化硼）超硬材料数控折弯机模具和表面涂层数控折弯机模具的发展对推动切削加工技术的进步也功不可没。
一百多年来，数控折弯机模具的切削速度不断提高，带来了加工效率的变化，进一步带来了加工范围的拓展。切削加工发展的最大标志，就是高速切削加工（high speed cutting，简称HSC）的发展。
一个高速切削加工系统所涉及的方面很多。仅从加工过程上看，传统的切削加工，一个被加工工件（如模具），需要经过毛坯退火—粗加工—精加工—淬火—EDM准备—电火花加工—特别的精加工—人工抛光等程序。而高速加工仅需要毛坯淬火—粗加工—半精加工—精加工以及超精加工等环节，从步骤上来说就减少了三个，加工时间比传统加工方法缩短30％～50％左右；在加工小尺寸部件时，这种优势尤其明显。更有甚者，过去某些企业制作复杂的模具，基本上都需要3、4个月才能交付使用，采用高速切削加工后，只需要半个月便可完成。
一个高速切削加工系统，由数控折弯机模具和技术两部分组成。与数控折弯机模具相关的因素有数控折弯机模具材料的选择、数控折弯机模具系统的组成结构、数控折弯机模具需加工的边缘形状。而与技术密切相关的是CAD/CAM系统的选择、数控折弯机模具加工路径的规划、切削参数的设置以及冷却与润滑环节。
自高速切削普及以来，从1950年至2000年的半个世纪内，加工效率提高了4～5倍。当然，需要提到的是，高速切削一般是由其加工物件来定义其“高速”的范围。
数控折弯机模具在全部加工成本中所占比重并不大。我们以汽车业某制造过程为例来分析：机床等设备投资占总成本35％，设备工作时的能耗占7％，企业的正常运营成本占27％，冷却及润滑成本占17％，直接人工占9％，数控折弯机模具占4％。无独有偶，机床加工铝合金工件的批量生产成本中，冷却及润滑占16％，数控折弯机模具4％，其他加工成本占80％。可以看出，数控折弯机模具在整个成本中，仅占了极小的一部分。但是，不可忽视的是，这4％成本的数控折弯机模具，却可能影响到10％～15％的整体加工效率。
对数控折弯机模具来说，最关键的因素有三个：成本、寿命、效率。有实验表明，若数控折弯机模具成本降低30％，整体成本大约降低1％；若提高50％的数控折弯机模具寿命，整体成本大约降低1％；但是，若尽可能的优化切削参数，提高20％的数控折弯机模具加工效率，那么，每一个工件整体成本能降低15％以上。
当然，要全面提高机床的生产效率，不仅应通过高速切削减少工件的切削加工时间，还需大力压缩加工辅助时间（含机床调整、程序运行检查、空行程、起制动空运转、工件上下料和装夹、换刀等时间）、待机时间和故障停机时间，因为在多品种小批量生产条件下，机床的有效切削时间一般只占其全部工时的25％～35％。可见，除高速切削外，如何更加有效的加工，是制造业面临的重要课题之一。
目前，绿色加工技术已成为全球的热点，这个绿色，包括了经济、环保、高效。从环保角度看，一方面是高速高效加工带来能耗的降低，另一方面，冷却液与润滑液的选择是非常关键。如上所述，冷却液的成本在整体成本中所占比例颇高，达到16％左右。润滑与冷却的效果与整体的加工效率也非常相关，尤其是对难加工材料，如钛合金，切削到一定程度后，必须进行适当的冷却。随高速切削的发展，冷却液浇注时，数控折弯机模具经常出现热裂的情况，导致数控折弯机模具寿命降低，这一点需要改进。
总之，在加工技术中，高精度、高效率、低成本、环保，及结 |
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