當某車間想從切削刀具采購方面實現成本節省時,很可能要考慮兩個因素:那就是刀具壽命和刀具價格。在對具有競爭性的同等刀具進行評價時,車間要考慮從每把刀具中可以獲得多大的用途,以及對每一分鐘或一小時切削,它要支付多高的成本。但是,這是不是找出刀具可以實現最大節省的最佳途徑呢?
主要是提高切削能力
刀具供應商山特維克可樂滿(Sandvik Coromant)已經實施的調研說明了該方法為什么存在問題。該調研對一些制造商進行了調查,以評測對加工件成本有影響的一些因素。數字表明,當涉及到成本節省的潛力時,刀具的價格和壽命都沒有很大關系。
表1列出了這些數字,它們以百分比方式表示每個零件的平均成本。切削刀具的成本只占總成本的3%,這意味著刀具壽命或價格方面的改善,只能提供很小的節省。這些數字還說明了刀具的哪些方面具有更大的節省潛力。
表2中將這些數字用在三種不同的方法中用于降低成本。比較時假定一批工件當前成本為10美元/件,意味著切削刀具3%轉化為30美分,而工件材料的17%轉化為1.7美元等。
情形A是“打敗刀具供應商”式方法。車間在刀具價格方面贏得30%的減價。但是,即使這么高的減價也僅轉化為每個零件9美分,節省比小于1%。
情形B將焦點放在刀具壽命上。車間進行了比較實驗,通過這種方式它找出了可以保證50%更長壽命的刀具。但是這種節省產生的真正影響同樣也很低。每個工件所節省的微不足道的錢也只代表1%的成本節省。
情形C,其中刀具的變化使得切削速度可以提高20%。盡管能夠實現這么高轉速的刀具價格要貴得多,但新刀具通過影響更大的費用開支源而證實了自己的價值。
隨著提高轉速,降低循環時間,從而提高了加工能力。如果存在需要這種加工能力的作業,則對相應工件而言,分攤后的機床、勞動力以及管理成本均降低,從而使總成本節省達15%之多(該數字甚至不包括因改善生產時間而帶來的其它好處)。
表2提供的比較不一定是對高切削速度有利的論據。相反,它是節省時間的有利論據。這里所提供的邏輯同樣適合組合刀具 — 將多個步驟合并到一刀中,或者設計用于直接加工出光滑的表面,從而可以免除精加工步驟的刀具。這種刀具可能要貴一些,但是,如果它可以節省時間并實現快速加工的話,則它可以實現很高的節省比例。
刀具涂層對成本的影響
通過降低刀具磨損,刀具涂層可以延長刀具的使用壽命,從而贏回投資成本。對刀具涂層價值的這種說法已經得到了人們的理解。但是,這種說法也不全面。許多加工廠在刀具方面的花費不夠高,因此無法僅在刀具壽命這一個方面來顯示涂層刀具的價值。不過,這些加工廠中依然可以從涂層刀具中受益。
此外還有兩個較大的開銷源——加工時間和冷卻液。采用涂層可以降低這兩項開支。
對于冷卻液,刀具涂層可以消除這種開支。涂層 — 特別是氮化鋁鈦(TiAlN) — 可以充當熱屏障的作用,阻止大部分熱量影響刀具本身的材料。借助這種效應,通常使用TiAlN刀具時不用溢流冷卻液。
用涂層刀具還可以加工得更快。由于總成本的份額是以加工時間來表示的,因此這種優點可能比簡單地延長刀具壽命而不提高轉速更有價值。
在任何情況下,這三個因素——刀具壽命、冷卻液的使用以及加工時間——加在一起將決定對于某個特定加工應用場合采用涂層刀具是否值得。
并非所有涂層都是一樣的。TiAlN、氮化鈦、碳氮化鈦及金剛石涂層等都在不同加工應用中表現出色。而僅對TiAlN就存在不同的變體。
最近Balzers產品系列增加了一名新成員,即公司的“Futura Nano” TiAlN。現有TiAlN涂層的這種升級,帶有公司所稱的“納米結構設計”,它提高了硬度對剩余壓縮應力之比。公司稱,熱阻力、化學阻力以及刀刃幾何特征的重現精度都得到了提高。這種涂層可以用于鉆頭、銑刀及滾齒刀等。
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