金属加工行业的未来

作为向工业 4.0 的过渡速度加快，连通性是金属加工行业未来的关键。

《制造工程》采访了五家公司的思想领袖，询问他们对金属加工行业面临的挑战和趋势的看法。此问答功能的参与者是：

• 宾夕法尼亚州塞格敦 Greenleaf Corp. 技术团队和营销全球总监 Jan Andersson
• Jack Burley，销售和工程副总裁，
  BIG Kaiser Precision Tooling Inc.，伊利诺伊州霍夫曼庄园
• Brendt Holden，Haimer USA LLC 总裁， Villa Park，伊利诺伊州
• Bill Obras，销售和营销副总裁，
  Rego-Fix Tool Corp.，印第安纳波利斯
• Marco Zwinkels，研发技术总监ogy platforms, Sandvik Coromant, Sandviken, Sweden

制造工程：您认为从 2017 年到 2022 年影响工具和夹具的主要宏观经济趋势是什么？该行业将如何应对这些趋势并从中获利？

Jan Andersson
Greenleaf Corp .

JAN ANDERSSON：有明显的趋势表明经济正朝着正确的方向发展。一些行业，如航空航天和能源，发展速度更快，但汽车也在朝着正确的方向发展。这对工装和夹具来说是个好兆头。

JACK BURLEY：工业 4.0 或物联网 (IoT) 的发展是一个关键趋势，并将对工装产生深远影响和工件夹持，因为它涉及到机床和工程师的信息流rs/操作员。传感器变得越来越小，也越来越容易安装在各种产品中——而不仅仅是汽车和电器。智能工具和工件夹具将向机器控制系统提供有关振动等问题的实时反馈，并向工程师发送需要进行调整的警报。智能工厂将要求所有设备和工具都具备工业 4.0 能力。

杰克伯利
BIG Kaiser

BRENDT HOLDEN：持续的全球化将有助于制造业的发展。此外，全球人口和财富的增加将允许制造更多的东西，最终需要和购买更多的东西。金属加工业将从这些趋势中发展并从中获利，但关键问题是哪些制造公司将发展并从中获利？已准备的企业不论他们在世界的哪个地方制造产品或开展业务，都将在未来五年内受益最多并采用高生产率的加工方法。

BILL OBRAS ：总体而言，该行业在未来五年内将经历两个主要趋势——对熟练/训练有素的劳动力的迫切需求以及定价方面全球竞争力的提高。反过来，这些趋势将继续推动行业向更多的加工自动化方向发展，包括工具装配和设置、工具寿命监控、自动切削参数调整、过程中零件检查和实时零件到零件校正等任务。尽管如此，还将进一步实施传感器和智能芯片技术，提供更多的切削和性能数据和洞察力，从而使制造商能够建立有价值的数据库，帮助优化加工工艺。

Brendt Holden
Haimer USA

该行业也将通过自动化投资实现巨大收益将人力资源从传统的机器操作员重新分配给熟练的程序员、单元设计师、机器人专家和数据库管理人员。此类投资将有助于降低零件成本、提高成品率并提高尺寸零件的一致性。

MARCO ZWINKELS：影响制造业的主要宏观经济趋势预计将是当前轨迹的外推——发达国家经济增长缓慢，发展中国家中产阶级的建立和发达国家人口的持续老龄化。比尔·奥布拉斯
Rego-Fix Tool Corp.

这将推动航空旅行和汽车销售以及医疗行业的需求。在全球范围内，环境法规的进一步收紧将继续推动许多领域的技术发展，这将带来挑战和挑战制造业的机遇。

ME：新的工具制造、工具夹持和工件夹持技术将继续推动生产力的提高。您认为未来五年的关键技术发展是什么？

ANDERSSON：一个关键趋势是工作材料的变化。传统上加工高合金钢的行业正在转向不锈钢，使用不锈钢的应用正在转向镍-基于高温合金。此外，虽然 Inconel 718 仍然是航空航天应用中的重要材料，但其中许多应用系统正在转向更新的材料，例如 Inconel 718 Plus 和专有的高温合金。

Marco Zwinkels
Sandvik Coromant

另一个变化是一些传统的锻造部件正在被 3D 打印或由粉末金属材料制成，而更高质量的锻造部件正在被制造得更接近净形状。这些变化需要新的金属切削策略。

BURLEY：增材技术是设计和制造零件的新资源。例如，由于可以使用添加剂实现蜂窝横截面，因此有多种可能性可以用钢制造比实心铝更轻的零件。这将影响需要更高速度和更轻重量的工具设计。

HOLDEN：数字集成制造业或工业 4.0 是一个关键趋势。很难预测结果，但我听说主要刀具制造商的研发工作专注于传感器技术，该技术将允许在制造过程中根据过程中的切削效果调整和最大化切削条件。按照这些思路，第二个趋势可能是车间和生产设施采用完整的现代编程技术，从而实现更积极的加工和生产力的重大提高。最后，将继续向更高的一致性迈进，工具设置将成为该过程的重要组成部分。例如，更有条理的设置程序将导致一致的加工条件。这将需要刀具预调仪、刀具平衡机、冷缩机和冷缩刀架等设备。

OBRAS：第一个发展将是更智能、更快速的 CNC 机床和更多传感和反馈技术的进步可以实时优化和调整切割参数的 ogy。第二个是增材制造的持续进步，超越了快速原型制作。我们将看到更多结合加法和减法过程的混合机器。这些机器将降低工具和材料处理成本，同时提高生产率。新的粉末成分将加速这种混合技术的接受。最后，将有更多的金属产品 3D 打印用于小批量应用，以及那些受益于只有通过 3D 打印才能实现的独特零件几何形状和设计的应用。随着速度和准确性的提高，这些系统的成本应该会降低，从而使其非常适合大批量应用。

ZWINKELS：毫不奇怪，制造业和增材制造的数​​字化将被提上议事日程。

预调器的使用正在增加，例如 Haimer 新收购的 Microset 业务部门的预调器。自动化刀具预调可以与机床操作相结合。

ME：刀具材料的进步帮助创造了更坚固、更耐磨、受振动影响更小的切削刀具和刀柄，以及刚性和安全性更高的工件夹具. 您认为未来五年材料的主要进步是什么？

ANDERSSON：我们看到陶瓷工具应用领域的重大扩展。这些工具传统上应用于高速加工难加工工件，如镍基和钴基材料、淬火钢和铸铁。如今，新的相位硬化陶瓷工具可以在较低速度下加工这些材料，但工具的使用是也扩展到钢和不锈钢，我车削，尤其是铣削，这在几年前还是不可想象的。对于相硬化陶瓷，材料本身内部的自然晶粒生长形成了一种结构，使其比其他陶瓷坚固许多倍。

HOLDEN：关于铣削，我们将看到陶瓷和金刚石立铣刀的开发，可以更好地从工件转移切屑和热量，尤其是在切削难加工材料时。其次，涂层的进步将允许改善刀具磨损和零件生产。最后，更精确和更平衡的刀柄和切削刀具组合 [完全平衡的刀具组件] 将在更高的速度和进给下产生更少的振动，从而提高生产率。有些刀柄技术与切削刀具相结合，可以优化跳动、刚度、平衡和刀具安全性。

OBRAS：切削刀具涂层将取得重大进展gs 和材料旨在处理新的和更难加工的合金的演变。与此相关，陶瓷刀具材料将发挥重要作用，并继续快速发展。在刀具夹持方面，先进的系统将提供更高的夹紧和切削刀具安全性，同时进一步减少 TIR 和阻尼振动以最大限度地延长刀具寿命。与此同时，这些系统将提供易于组装、可重复性和长寿命的特性——所有这些对于满足未来自动化系统的需求都很重要。

ZWINKELS：切削工具和刀柄的材料将继续通过对原料和加工技术的精确设计，在多尺度水平上实现定制属性。这将为进一步优化工具材料以应对要求更高的操作打开大门。

ME：新涂层有助于制造性能更好、使用寿命更长的切削工具，尤其是我n 难加工材料。推动改进切削刀具涂层的关键技术发展是什么？

ANDERSSON：过去 20 年涂层技术取得了巨大进步，但我认为我们会看到更小、更多未来的进化步骤。与此同时，将有更全面的涂层方法，着眼于基材、涂层、涂层前和涂层后表面处理之间的相互作用，以及优化边缘线条件的微观几何形状的应用。通过制定包含所有这些因素的工具制造策略，您可以获得比仅使用涂层更多的成就。例如，预处理传统上是关于涂层与基材的附着力，但现在您可以改变基材，使其表现得更坚韧和/或更耐磨。

话虽如此，技术不断发展，与更全面的方法相结合可能会再次取得长足进步，p突破我们今天所能看到的极限。

BURLEY：新工件材料的进步，例如用于航空航天和医疗部件的材料，需要延长切削刀具的使用寿命。实现这一目标的唯一实用方法是通过更好的工具涂层来应对更高的磨料磨损、改善冷却液流向切削刃以及更高的速度。类金刚石涂层 (DLC) 比以往任何时候都更好，新技术使它们能够应用于更广泛的硬质合金工具领域。

HOLDEN：工具涂层的进步和边缘准备允许更平滑的切割，并解决了从被切割材料和切割工具本身去除热量的古老挑战。不断开发新的涂层来解决热量问题，尤其是在难加工材料中。此外，冷却液输送和一致性方面的进步，使其能够撞击切削刀具边缘，从而提高了 c切削刀具寿命和排屑。

OBRAS：通过使用创新的硬质合金成分和结构、不断发展的陶瓷使用、独特的切削刀具几何形状以及新的和不断发展的涂层，将继续取得进步以满足当前和未来具有挑战性的加工应用的需求。

ZWINKELS：各种工具涂层技术将继续并行开发。所有技术的关键是材料科学能力与对制造设备和工艺的深入理解的结合。因此，可以根据特定应用需求定制涂层。

ME：先进的切削刀具预调仪可以实现刀具测量的自动化，在某些情况下，预调仪可以直接与机床通信。这些类型的系统有哪些优势？它们如何在当今的制造业务中实施？

ANDERSSON： 集成到机床中的自动刀具预调和过程测量设备可以产生重大的过程改进，特别是对于较大的部件，例如能源部门的部件。它们可以帮助控制磨损特性（主要是后刀面磨损），从而生产出质量更好的零件。对于较大的部件，可能无法用一个切削刃完成零件，当预调员直接与机床通信时，这就提供了使用相同姊妹工具的机会，其中一个工具可以准确地从另一个工具停止的地方开始。数字工具信息的使用正在增加。例如，BIG Kaiser 的 EWD EVO 数字镗头旨在通过将其与公司的新型智能手机和平板电脑应用程序同步来帮助操作员。

BURLEY：生产计划要求一项工作的所有工具都已定位、设置和准备就绪。有了这些数据，最终用户不仅可以为下一项工作准备好所有工具，他们还可以知道如果当前使用的一个或多个所需工具出现故障或因其他原因不可用，机器可以切换到哪些工作。为了容纳如此大的工具库存，机器可以有一个大型工具存储系统，例如 300 个或更多，或者自动化工具架可以在一系列机器上共享工具并自动更换不同的机器。在这种系统中，工具测量机（预调器）可以与任何机器或单元通信，通知在单元和工具室之间来回传递以解决对新工具的请求。

HOLDEN：向工业 4.0 的过渡始于每天、零件与零件、月与月、年与年高度一致的加工环境。刀具预置对于这个过程的开始。一旦刀架组件被预设，数据就可以直接发送到机床（节省时间并防止潜在的加工错误），或者可以将数据传输到安装在刀架上的 RFID 芯片。使用这些技术的商店还发现预调过程是减少生产过程中废料的一个重要因素。随着公司转向一致、高效的加工，预调器的使用将不再是一种奢侈，而是绝对必要的。

OBRAS：高级预调器有很多优势，尤其是那些有助于自动化工具设置以及测量和记录预设参数。随着制造商努力保持全球竞争力，此类先进系统将推动自动化的发展。预调自动化的优势包括由于减少了工具设置中的劳动力而节省的成本、提高了切削工具的 TIR 精度、减少了设置错误或机器崩溃的可能性，以及改进ved 精度——所有这些都可以提高零件之间的一致性。此外，自动预设系统提供了更好的操作员安全性。然而，这些系统最显着的好处是它们在刀架/切削工具和机床之间提供的通信。由此产生的高质量切削性能数据集合提供了基线信息和分析能力，然后通过调整进给和速度来优化性能和生产率，同时考虑刀具成本与刀具寿命和性能的关系。

ZWINKELS：高度关注整体设备效率 (OEE) 和精益制造的公司努力通过尽可能多的流程自动化来优化他们的生产力和质量。机器外部的系统准备有助于确保高机器利用率和低废品率。将预调仪直接连接到机器可降低手动错误的风险并最大限度地减少机器停机时间。加工中心和多任务机床已经以这种方式工作了很长一段时间，但我们也看到越来越多的公司在车削中心上实施这种与快速更换刀架一起工作的方式。