機械刀具加工技術(shù)分析

【摘要】 現(xiàn)代高效刀具如何適應迅速發(fā)展的當今世界，使用戶盡可能達到效率最高化、贏利最大化、質(zhì)量最優(yōu)化，需要不斷在關(guān)鍵技術(shù)上進行改進及創(chuàng)新。調(diào)查顯示，刀具材料、刀具涂層、刀具結(jié)構(gòu)是進行高效刀具關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)中關(guān)注的主要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】 機械 刀具 開發(fā) 技術(shù)

Abstract : Modern efficient tool how to adapt to the rapid development in the world today， and reach the highest efficiency， profit maximization and superior quality needs us to improve and innovate constantly on the key technology. The investigation shows that cutting tool material， coating， cutting tools and structure are the key technology in the development of the main contents of attention.

1.高效刀具關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)代高效刀具如何適應迅速發(fā)展的當今世界，使用戶盡可能達到效率最高化、贏利最大化、質(zhì)量最優(yōu)化，需要不斷在關(guān)鍵技術(shù)上進行改進及創(chuàng)新。調(diào)查顯示，刀具材料、刀具涂層、刀具結(jié)構(gòu)是進行高效刀具關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)中關(guān)注的主要內(nèi)容。

1.1刀具材料的決定性作用

調(diào)查結(jié)果表明，刀具材料是刀具研究開發(fā)與應用的基礎(chǔ)，刀具材料的發(fā)展對刀具切削性能的提高起著決定性影響。廣泛應用的刀具材料包括高速鋼、硬質(zhì)合金、超硬刀具材料(包括陶瓷、立方氮化硼、聚金剛石等)。而隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，硬質(zhì)合金正在取代高速鋼成為主要的刀具材料，超硬刀具材料的使用比重也在大幅增加。在知名的刀具供應商中，山高Jabro推出的全新整體硬質(zhì)合金通用加工銑刀Solid2系列，可適用的加工溫度由普通刀具的800℃提高到了現(xiàn)有的1100℃，從而提高了加工效率和刀具壽命，刀具的性價比得到了較大的提升。另一方面，隨著干切削、硬切削的發(fā)展，國外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌號。

1.2刀具涂層不容小視

刀具涂層技術(shù)對刀具性能的改善和切削加工技術(shù)的進步也起著非常重要的作用。在調(diào)查中，記者了解到近幾年來PVD正處于高速發(fā)展階段，針對不同的切削加工應用條件，可對薄膜成分、結(jié)構(gòu)進行選擇，通過恰當?shù)墓に囀侄危@取滿意的切削效果，顯示出對提高刀具性能的巨大潛力和獨特優(yōu)勢。與此同時，為了提高加工鋁合金等非鐵金屬和非金屬材料的效率，金剛石涂層得到進一步的應用，產(chǎn)品覆蓋了可轉(zhuǎn)位刀具和整體硬質(zhì)合金刀具。

1.3刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新速度加快

刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新體現(xiàn)在刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、切削負荷的合理分布、三維斷屑槽形開發(fā)以及帶前角的螺旋形刀刃銑削刀片的問世和小規(guī)格淺孔鉆的開發(fā)等方面，出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)，如用于車削的高效刮光刀片、形狀復雜的帶前角銑刀刀片、球頭立銑刀刀片等。刀具結(jié)構(gòu)優(yōu)化、幾何參數(shù)更趨合理才能使刀具性能得到改善和提高，各種新型可轉(zhuǎn)位刀具不僅在車削、銑削、鉆削領(lǐng)域的應用有新的突破，而且擴大到拉削和齒輪加工等復雜形面的加工領(lǐng)域。如山特維克可樂滿的CoroMill316是第一種可互換頭銑削產(chǎn)品系列，能夠覆蓋10～25mm的直徑范圍，因其全新的倒角和圓角半徑硬質(zhì)合金切削頭范圍的擴展，可適用于更多的應用場合，刀柄與可互換式立銑刀通過獨特的螺紋接口連接，實現(xiàn)了高強度與高精度的完美結(jié)合。

2.五金齒輪刀具技術(shù)的發(fā)展

據(jù)悉，五金工具，日用五金的一種分類，雖小卻用途廣泛。關(guān)注刀具技術(shù)發(fā)展的人會面對一個有趣的現(xiàn)象，即刀具技術(shù)的發(fā)展已明顯地不再局限于以提高刀具應用的經(jīng)濟性和效率為目的而去持續(xù)改善產(chǎn)品的性能。人們獲得了另一種印象:刀具作為一個工藝因素，正逐漸從僅僅是一種工具的角色中擺脫出來。

長期以來，人們把刀具看作是為實現(xiàn)加工過程而選用的一個機床部件，刀具潛力的發(fā)揮通常因機床的能力而受到限制。與此不同，如今的觀點是:根據(jù)刀具的性質(zhì)，刀具可以擴展機床的功能。

發(fā)生這種變化的原因是刀具制造業(yè)的角色轉(zhuǎn)變，如今，刀具制造商有一種創(chuàng)新的自我意識，即不再只是供應所需的刀具，而是對復雜的加工問題給出可用的解決方案。因此，刀具制造商要用創(chuàng)新的刀具概念來滿足用戶在改進質(zhì)量、提高效率、降低成本方面對刀具的需求。

2.1制造商與用戶的密切配合

刀具創(chuàng)新開發(fā)的前提是刀具制造商、機床制造商與用戶的合作，沒有這樣的協(xié)作，制造技術(shù)和材料開發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展就難以奏效。

Fette公司開發(fā)的另外兩項新技術(shù)表明了這種合作在解決復雜加工問題時的價值。一是采用金剛石涂層的整體硬質(zhì)合金滾刀，用于加工制作Airbus380上含硅量25%的鋁合金構(gòu)件;另一個例子是Fette公司現(xiàn)在已可提供用于車-銑加工中心的帶柄滾刀，該滾刀可用熱裝夾頭裝夾，使用可靠。

在齒條加工方面，F(xiàn)ette公司開發(fā)的一種刀具可以縮短加工鏈。可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金齒條加工成組銑刀，能用于粗、精加工，可省去對淬硬齒條的磨削加工，因此可省去一臺機床。

2.2新刀具對機床的好處

通過開發(fā)新的齒輪刀具，不僅可以減少加工鏈中的機床，而且對機床的設計也帶來了新的要求。

在Fette公司新的研究工作中，還包括應用內(nèi)冷卻刀具所帶來的好處。采用內(nèi)冷卻的滾刀和成形銑刀在加工齒輪時，冷卻介質(zhì)(乳化液、油或空氣)可通過刀具內(nèi)部的冷卻液通道到達切削區(qū)，對刀具和工件產(chǎn)生最佳冷卻效果，同時還可以顯著降低機床傳動系統(tǒng)中軸承的溫升。

此外，如研究工作所指出的那樣，在進行干切削時，內(nèi)冷卻氣流可以減輕切屑亂飛和避免切屑被重切，從而去除不利于后序加工和使刀具耐用度降低的因素，減少切屑在后刀面的刮擦，保證齒輪的表面質(zhì)量。

2.3將三個工序綜合為一個銑削工序

遵循以上新的自我定位，在這個領(lǐng)域里新刀具的開發(fā)會影響到加工工序的改變。例如，由Fette公司與Liebherr公司的齒輪制造技術(shù)人員一起開發(fā)的新型刀具系統(tǒng)\"Twist-Free-Hob\"改變了齒輪的加工，其合理性在于將迄今為止一直是分開完成的三個工序綜合為一個工序，齒輪的加工不再像現(xiàn)在這樣需要在三臺機床上分別完成滾齒、倒角和剃齒，而是將粗滾刀、倒角刀(Chamfer-Cut-

System)和精滾刀(Twist-Free-Hob)裝夾在一根心軸上，使粗滾、兩端面去毛刺及倒角、精滾可在同一臺機床上完成，節(jié)省了齒輪加工時間和成本，可以省去用于去毛刺和剃齒的機床，從而省去相應的刀具費用和機床維護費用。

該方法還可獲得更好的加工質(zhì)量，因為在這臺機床上，滾齒加工能夠?qū)崿F(xiàn)軸向-對角線方向進刀以及應用\"Twist-Free-Hob\"技術(shù)，使?jié)L切時出現(xiàn)的工件齒廓變形可以得到補償，在工件淬硬后，不必再對齒輪進行后序加工即可進入裝配。這樣加工出來的齒輪在運轉(zhuǎn)時噪聲小且沒有功率損失。

(作者單位: 黑龍江技師學院)