高效率切削刀具

    高效率切削刀具是所有刀具制造厂商所追求的最终目标，可刀具的高效率加工不是哪一个指标可以决定的，刀具的结构、刀具的材料、刀具的几何参数和被切削材料等，都会影响刀具的实际加工效率，总之，刀具需要从多方面进行保障，才能称之为高效率切削刀具。
    刀具制造业是一个传统产业，一直被称为是机床的牙齿，虽然小，但是起到的作用不容小觑。刀具的成本仅占制造企业总成本的3%～5%，却影响着15%的加工成本。目前，刀具技术比较成熟，所以它的发展一般被看作是一种渐变的过程，梦想有一天醒来，刀具世界变了样，基本不可能。刀具技术一直处于不断优化状态，不断优化与不断进步的积累，也会发生突破性的飞跃。在CIMT2011上，我试图从琳琅满目的刀具产品中整理并总结出高效率的切削刀具和技术，发现，高效率的切削刀具与刀具本身的材料、结构、几何特性，以及刀具涂层都有很密切的关系。
    对加工参数的综合考量
    在为客户提供刀具的时候，伊斯卡秉承的原则是：为客户提供最合适的刀具，而不是最贵的刀具。在伊斯卡的展台上，技术总监吴江先生说，对于硬质合金而言，如何提高刀具的使用寿命是个问题。“我们认为刀具的寿命可从两个角度来看待，一是追求最低成本时的寿命，一是追求最高生产率时的寿命。不同的用户目的不同，对于追求最低生产成本的客户，就要适当调整切削参数，如降低切削速度等，就可以获得更长的刀具使用寿命；而对于追求最高生产效率的客户，如汽车零部件生产线中，为了保证加工节拍，必须追求切削效率，此时言及的刀具寿命完全不同。”那么，什么才是高效率切削刀具呢？吴总的回答很简明扼要，高效率刀具即高的金属去除率。哪些因素贯穿其中，还要从一个公式开始说起。以铣削为例：
    金属去除率Q=ap×ae×Vf/1000cm3/min
    进给速度Vf=fz×N×Zn mm/min
    ap-轴向切削深度
    ae-径向切削深度
    fz-每齿进给量
    Zn-刀具齿数
    N-主轴转速
    从中不难看出，影响切削的因素，也就是影响金属去除率的指标很多，人们往往以为高速加工就可能会带来高效率，其实是不全面的。高速加工仅仅是切削速度的提高，转速一并提升，但却导致其他参数相应减小，如每齿进给量、切削深度。而高效加工关联着多种因素，要把全部参数提升，这对刀具企业来说就是一种挑战，“因为耐磨性和强度是两个相悖的因素，自然界中，一种材料要么抗弯强度高、韧性好，但是不耐磨；要么就是耐磨，但是强度低。所以要达到高效率就要把这两个因素进行综合，使每个参数都要提升。”
    图2 Beyond Blast的独特设计
    吴总介绍了伊斯卡一款在高效率加工中表现较突出的刀具T490，这是一款螺旋刃蝴蝶铣刀。材料方面，在比较强韧的硬质合金基体上，增加了其耐磨性，使寿命增加；而且同时经过SUMO TEC涂层后处理之后，进一步增加了材料的性能。结构方面，除了特殊改进设计使加工齿数增加外，T490采用立装方式进行夹紧，使加工过程中能够承受更大的载荷，从而加大进给和切深。刀片刃口，强刃处理，使每齿进给、切削深度这些参数相应提高，还要保持其锋利性。“T490就是把锋利和强度兼顾，切削起来很轻快。目前在汽车工业领域的应用很成功，包括铣削刀具、镗孔刀具；另外在航空工业钛合金的加工中，也有出色表现。T490可以为客户带来200%的效率提升。”吴总说道，因此我们在谈高效率切削刀具时，不能单纯从速度去看，而是要把高效率切削刀具看作一个系统工程，只有很好地平衡各个参数之间的关系，才能获得想要的效果。
    结构改变带来效益提升
    现在大多数设备制造商都在其数控机床上采用高压冷却润滑的方式，以在加工难切削材料时发挥更大的潜力。但在传统的冷却工艺中，冷却液射流只是大致对准加工区域，可实际使用的部分比例很小，因此在有效利用冷却液方面，我们还可以做更多。肯纳金属近期推出的Beyond Blast平台，相比较原来业内通常从刀柄处开冷却液槽的做法，又提高了一个层次。