一、前言
目前，我國已成為世界飛機零部件的重要轉包生產國，波音、麥道、空客等世界著名飛機制造公司都在我國轉包生產從尾翼、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必須采用先進的加工裝備和加工工藝。為此，國內各飛機制造公司均進行了大規(guī)模的技術改造，引進了大量國外先進的加工裝備，使我國的飛機制造業(yè)設備的數(shù)控化率越來越高。與此同時，大量高速、高效、柔性、復合、環(huán)保的國外切削加工新技術不斷涌現(xiàn)，使切削加工技術發(fā)生了根本的變化。刀具在航空航天加工領域的應用技術進入了以發(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)代制造裝備和先進加工工藝的要求。
下面結合我國航空航天工業(yè)加工技術的現(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應用情況，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)加工技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.航空結構件材料的發(fā)展趨勢及其特點
①以整體件為代表的鋁合金結構件
為了提高零件的可靠性、降低成本和減輕重量，傳統(tǒng)的鉚接結構逐步被整體薄壁的機加工結構件所代替。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、細筋結構件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削產生的熱量少、切削力小、零件變形小，因此提高生產效率的唯一途徑是采用四軸或五軸聯(lián)動機床進行高速銑削加工。
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)象嚴重、刀具易磨損。
③以碳纖維復合材料零件為代表的復合材料結構件
復合材料現(xiàn)已成為新一代飛機機體結構主要材料之一，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.航空結構件的切削加工技術
從航空結構件材料的發(fā)展趨勢和特點可以看出，航空結構件的切削加工技術主要包括針對鋁合金結構件的高速切削加工技術和針對鈦（鎳）基合金等難加工材料的切削加工技術兩個方面。
①鋁合金高速切削加工技術
目前，適用于進行鋁合金高速切削的加工中心主軸轉速一般都在10000r/min以上，有的可高達60000～100000r/min，切削速度可達2000～5000m/min，加工進給速度達2～20m/min，材料的去除率30～40kg/h，工作臺的加（減）速度達到1～10g。
近年來，國內兩大航空集團的飛機制造骨干企業(yè)均進行了大規(guī)模的技術改造，引進的數(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、日本進口的高速加工機床，但由于高速加工的相關配套技術（如刀具技術、高速加工工藝技術）未能及時跟上，大多數(shù)設備在生產中的實際使用主軸轉速在10000r/min左右，未能充分發(fā)揮設備的效能。有的企業(yè)采用國產刀具僅能在6000r/min以下使用，15000r/min以上必須采用進口刀具。
②難加工材料的切削加工技術
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，目前國內的切削加工技術水平還比較低，僅少數(shù)企業(yè)開展了部分研究應用，切削速度僅能達到80～100m/min，還沒有在生產中大規(guī)模應用。
3.高速切削刀具材料
高速切削技術的發(fā)展過程中，刀具技術起到了非常關鍵的作用。高速切削刀具材料和刀具制造技術都發(fā)生了巨大的變化，大體上說，目前適合進行高速切削的刀具材料主要有三類：
——各種涂層硬質合金刀具；
——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，尤其是高速旋轉刀具，由于旋轉速度很高，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標準的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)。
在刀具安全性技術方面：按ISO1940/1的規(guī)定，旋轉刀具的動平衡已達G40等級以上，某些精加工高速銑刀的不平衡質量已達到G2.5級，而美國平衡技術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，國內工具制造企業(yè)加大了自身技術改造的投入力度，針對高速切削加工技術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。
下面簡要介紹國內幾家主要高速加工刀具生產廠的高速刀具開發(fā)生產情況：
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PVD涂層牌號YBG102、YBG202和CVD涂層牌號YBM351的整體硬質合金銑刀，其轉速可達30000r/min，進給速度可達2m/min，已在航空制造企業(yè)得到了應用，該公司為飛機艙體結構薄壁件加工開發(fā)的三刃整體硬質合金高速銑刀，轉速可達15000r/min，已替代進口，形成了國產化�，F(xiàn)正在開發(fā)25000～30000r/min的高速銑刀。
②陜西航空硬質合金工具公司
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)生產焊接式螺旋刃立銑刀和整體硬質合金銑刀，產品主要供應航空制造企業(yè)。由于目前國內硬質合金材料性能達不到航空企業(yè)高速加工的要求，因此，整體硬質合金銑刀的棒料主要依靠進口。
③四平興工刃具有限公司
該公司在上世紀90年代初在全國首家引進了德國GUHRING公司整體刀具加工生產線，專業(yè)從事整體硬質合金棒狀刀具的開發(fā)和生產。該廠生產的整體硬質合金刀具產品，已供多家航空制造企業(yè)。該公司的整體硬質合金銑刀的棒料也主要依靠進口。
④自貢硬質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合金棒狀刀具，以整體硬質合金立銑刀為主，其生產的單齒高速整體硬質合金立銑刀，轉速可達8000～12000r/min，加工鈦合金的立銑刀，切削速度可達40m / min，該公司用于高速切削的整體硬質合金銑刀的棒料也主要依靠進口。
⑤森泰英格（成都）數(shù)控刀具有限公司
該公司開發(fā)生產的高速加工用HSK熱裝柄工具系統(tǒng)已達到國外同類產品的水平。
⑥哈爾濱量具刃具集團有限公司
該公司下屬的子公司凱獅－林克斯（KELCH LINKS）公司主要生產銷售高效高精度卡具和刀具熱套裝設備等產品。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，在硬質合金材料、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)提供產品和技術。
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、高可靠性刃具產品和加工技術，80%以上依靠進口，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識
我國刀具企業(yè)中的國有大中型企業(yè)，在長期計劃經濟的條件下生產千篇一律的標準化刀具，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)在技術上的飛速進步，卻沒有認清現(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。十幾年來雖然引進了一些先進技術和裝備，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準刀具的生產線，繼續(xù)生產千篇一律的標準化刀具，對發(fā)展現(xiàn)代刀具工業(yè)的必要性和緊迫性缺乏認識。
②對現(xiàn)代刀具工業(yè)“高起點、大投入、規(guī)�；H化”的發(fā)展特點認識不足，投入強度過低，也影響了發(fā)展
由于業(yè)內人士對現(xiàn)代刀具工業(yè)“高起點、大投入、規(guī)�；�、國際化”的發(fā)展特點認識不足，導致投入強度過低。國際上的刀具巨頭，其資產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)的結構看，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，新型表面涂層技術和刀具專用數(shù)字化制造技術的嚴峻挑戰(zhàn)，引進國外先進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都面臨跨國集團的技術封鎖，必須自行開發(fā)和掌握。因此，消化吸收國外先進技術，在這個基礎上培養(yǎng)人才，自主創(chuàng)新，樹立品牌，取得用戶認同，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，風險較小的傳統(tǒng)標準刀具方面，現(xiàn)代硬質合金高效刀具的發(fā)展受到了投資體制的嚴重制約。
希望國家從政策層面，鼓勵風險投資進入裝備行業(yè)，有力地促進現(xiàn)代高效刀具的發(fā)展，沒有這種風險投資的有力支持，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合金牌號開發(fā)與國外產品有較大的差距，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，在涂層技術方面，除成都工具研究所自行開發(fā)涂層技術和設備外，我國既缺少基礎理論研究，又缺少應用技術及設備的開發(fā)，行業(yè)內基本上都走引進設備、引進技術一條路。
第三，在刀具結構創(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)的刀具產品。其原因還與我國刀具工業(yè)的主體仍處于生產傳統(tǒng)標準刀具的模式之中。通用標準刀具的產量產值仍占各大刀具公司的絕大部分。
我國切削技術和刀具的落后，還表現(xiàn)在我國刀具工業(yè)的結構上，在我國只有個別刀具公司真正具備硬質合金刀具材料和涂層這兩項核心技術，多數(shù)刀具廠都缺少硬質合金材料這項核心技術，有些刀具廠雖然引進了涂層設備，但不具備開發(fā)能力，制約著刀具公司進一步做大、做強。
④不規(guī)范的市場環(huán)境，導致劣質低價產品惡性競爭
眾所周知，切削刀具的主要材料高速鋼和硬質合金，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濟健康發(fā)展的基礎。
在當前的新形勢下，過去沿用的“不惜一切代價出口創(chuàng)匯”的指導方針應予改變。要按照中央提出的科學發(fā)展觀，既要鼓勵出口，還要重視出口的效益，以及對國民經濟可持續(xù)發(fā)展的影響，刀具行業(yè)這種低檔產品大量出口，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，應予改變。建議政府在出口政策方面，按照形勢的變化，適時進行調整。鼓勵和引導企業(yè)從低檔產品盲目發(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、結束語
歷史的經驗證明，一個產業(yè)的核心技術是無法通過交換得來的，要得到核心技術，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)略和目標做出重要部署，提出要堅定不移地以科學發(fā)展觀統(tǒng)領經濟社會發(fā)展全局，把提高自主創(chuàng)新能力作為調整經濟結構，轉變經濟增長方式的中心環(huán)節(jié)；要形成一批擁有自主知識產權和知名品牌、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)在內的先進制造業(yè)，發(fā)揮制造業(yè)對經濟發(fā)展的重要支撐作用，實現(xiàn)經濟社會的全面協(xié)調可持續(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，為國民經濟健康、快速、協(xié)調發(fā)展服務。
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