伊斯卡，研（yán）發有章法（fǎ）
2021-4-28 來源：伊斯卡（kǎ）技術（shù）經理 作者： Andrei Petrilin
1、前言
在（zài）機械加工中（zhōng），切削刀具是通過（guò）切除材料而成型工件的技術體係中的要素之一（yī）。該體係由機床、工件夾具及刀具裝夾機構組成（chéng）。通過不同加工策（cè）略（luè）下的各種（zhǒng）加工工藝可實現零件的成形。來自機床的進步使（shǐ）得在現（xiàn）代化機床上能執行工藝的整合（hé）乃至實施完整的加工工（gōng）藝；而這些加工工藝在（zài）過去是在不同機（jī）床上分開執行的。甚至，先進的機床性能確保能執行（háng）更先進（jìn）的加工策略以更大化（huà）發揮機床性能。
金屬加工行業必須應對不同的工程材料。材料（liào）科學與冶金學的發展不僅帶來新的難加工材料，還提供了生成具有預定義性能材（cái）料（liào）的技術。這些材料製成的工件能顯（xiǎn）著提高其組件的作業性能，但切削加工卻變得益發困難。在許多案例中，成功加工的根源僅與切削刀（dāo）具的製約（yuē）有（yǒu）關。
切削刀具是工藝係統中最不起（qǐ）眼的要素，需直接接觸工件，也是連接機床與工件材料的紐帶。為充分發揮高技術含量機床的優勢及實（shí）現生產加工策略，刀具必須滿足相應的需（xū）求。為這些需求找到（dào）適當的答案，以對現代（dài）金屬加工日益增長的需求做出回應，是在切削刀（dāo）具（jù）領域實（shí）現新發展的基礎。
COVID-19新冠肺（fèi）炎疫情影響了全（quán）球經濟，不可避免地導致製造（zào）業的經濟指數下滑，金屬加工業曆（lì）經著艱難的（de）時（shí）期。盡管新冠肺炎疫情之前（qián）的許（xǔ）多美（měi）好的期許被謹慎的預期所取代，然而（ér）這也正是深度分（fèn）析工業（yè）發展趨勢，展（zhǎn）望未來、預測未來及規劃未（wèi）來（lái）的時刻。金屬（shǔ）加工處於重大變革的（de）節點上（shàng），製造商（shāng）們需做好采納它們的準備。麵對即（jí）將到來的變革不能忽略切削刀具（jù）的製造，它是金屬加工鏈條（tiáo）中非常（cháng）重要（yào）的（de）一環。因此，對工業發展的方向及對未（wèi）來刀（dāo）具提出的（de）新需求有著足（zú）夠清晰的認知（zhī）與理解，是刀具製造商走向（xiàng）成功的基石（shí）。這是新刀具發展（zhǎn）和對（duì）各式刀具提出需（xū）求（qiú）的關鍵所在。
切削刀具的（de）發展可以有不同的方（fāng）向。“傳統”的發展之路是使得刀具更強大，生產率更高，更經濟，反映的是用戶對消（xiāo）耗型產品的本然訴求。其它的發展方向則與根（gēn）植（zhí）於金屬加工業的先進（jìn）製造技（jì）術相關；因此，可提供的刀具解決方案仍有著很大的提升改（gǎi）進空間。
2、循章法研發
傳統的研發方向是通過引入技術創新的刀具幾何形狀、前沿的刀具牌號、先進（jìn）的刀體設計以確保刀具具有更高的剛性及耐用性等（děng），最（zuì）終實現刀（dāo）具性能的提高。可以看到，在這一研發方（fāng）向上（shàng），已經快發揮到極致，卻仍並不能確保帶來真正（zhèng）的革新性的改變。然而，切削刀具製造商們已經切（qiē）實地用實質上的新產品震驚了金屬加工業，帶來了有目共睹的好處，盡管采用的是傳（chuán）統的產品設計方式。一個（gè）重要的成功因素（sù）是刀具生產製造的科技（jì）水平顯著提高，粉末冶金和塗層的新成就，以及現代（dài）化檢測及品控係統的引進。CAD/CAM係統和三維（wéi）建模能力的顯著提升，為刀具設計的挑戰性（xìng）創新思路與構思的實現提供了顯（xiǎn）而易見的推動力。
技術的發展演化出（chū）新（xīn）的加工方式，需要（yào）刀具來（lái）滿足新的嚴苛要（yào）求。這些刀（dāo）具具有切削淬硬材料並免除後序磨削工序的能力（圖1）。在銑削加工中（zhōng），這些新時代的刀具能夠在高的加工速度（HSM）下以超大每齒進給（HFM）加工（gōng），還能在（zài）高（gāo）壓冷卻（HPC）下執行擺線銑削。這些刀具的設計不同於常規任務刀具，因它們需要具（jù）備上述（shù）所提及的（de）加工方式及加工策略所需的特定特性特點。
圖1. 車削替代磨削：采用釺焊了PCBN刀尖刀片的車刀執行淬（cuì）硬件的高精度車削（xuē）。
機床工程的進展已推動金屬加工業益發接近於每個製造商的夢想，能實現一次裝夾完成（chéng）全部加工。最（zuì）新的多軸機床及多任務機床以及混合加工製造係統具（jù）有令人印（yìn）象深刻（kè）的（de）性能，結合了材料去除與3D打印技術（shù）於一體，被證明是邁向一次（cì）性（xìng）裝夾完成加工發展的（de）重大飛躍。作（zuò）為可選項的（de）驅動式刀具使得（dé）越來越多的車削中心擴（kuò）張了其加（jiā）工能力。可以理解的是，這一進展（zhǎn）對於刀具的多功（gōng）能性（xìng）、刀具壽命、刀具失效時間這些特征提出了其它的要求。
找到能（néng）用（yòng）於取代整體硬質合金刀具的（de）成本效益更高的替代方案，推動了可換頭式刀具的設（shè）計。此外，其中的一些設計甚至還（hái）提供了刀具的刀頭懸伸具有（yǒu）高重（chóng）複定（dìng）位精（jīng）度的顯著優勢。因此，更換磨損刀頭後無（wú）需進行額外（wài）的（de）調整，無需（xū）從機床上取下刀具就（jiù）能（néng）快速更換刀具。“無（wú）需對刀”的優勢為縮短機床停機時（shí）間開啟了一種思路，再（zài）結（jié）合其明顯（xiǎn）的（de）經濟（jì）優勢，確保可（kě）換式（shì）硬質合金刀頭概（gài）念成為切削刀具發展（zhǎn）方向之一。
金屬（shǔ）加工業對切削刀具的通用性和可維護性提出了更高的要求（qiú）。這些變化得到了刀具製造商的良性（xìng）反饋。例如，典型的裝夾可轉位刀片的（de）刀（dāo）具，具有冷卻液（yè）流經刀體內（nèi）冷卻通孔的特點。這樣的刀體設計現已成為不成文的刀（dāo）具標準。另一個例子是切削刀具製造商不僅嚴苛指定所需的擰緊（jǐn）刀片夾（jiá）緊螺釘的扭矩，還提（tí）供測力扳手以確保掌控扭矩有效值。
3、新趨勢和新挑戰
3.1.在金（jīn）屬加工業，切削刀具製造（zào）商一直以來（lái）麵對的趨勢就是（shì）麵向新的挑戰。
3.1.1.複合材料與燒結（jié）金屬的運（yùn）用顯（xiǎn）著增長（zhǎng），需要采用特（tè）製刀具加工，在許多案例中是特別定製的。
3.1.2.金屬精密成形和3D打印趨勢上揚，使得其所（suǒ）製成的（de）近淨成形工（gōng）件呈增長態勢。這使得需通過機械加工（gōng）去除的餘量（liàng）顯著減少。因此，在大功率機床上進行高生產率、高精度的低功率消耗的切削顯（xiǎn）著增加 先進的多軸機床能通過切削加工方法生成精密複雜的形狀。因此，金屬加工業對切削刀具製造商所提供的合理的高效的解（jiě）決方案頗感興趣。
3.1.3.難加工的ISO S材料組，尤其是β鈦合金及近β鈦合金（jīn）材料及高溫超級合金(HTSA)具有低的切削速度的特（tè）點（diǎn）。
3.2.對采用這些材（cái）料的零部件需求的增（zēng）長，需通過對機械加工的提速而提高相應的產出。事實證明，技術係統中（zhōng）最（zuì）微不足道的要素，即切削刀具，已成為生產率提高的主要障礙。對上述（shù）問題以及其（qí）它因工業發展趨勢而增加的棘手的任務做出相適的答複，是並不輕鬆的任務。看上去，找到答案主要與設計、製（zhì）造等（děng）相關。無論如何，這些都或多或少歸屬於（yú）傳統而熟悉的領域。與此同時（shí），工業領（lǐng）域發（fā）生（shēng）的變化給切削刀具製造（zào）商提交了完全不同類別的任務。
3.2.1.借助工業4.0和數字化製造這一確定的布局步驟，刀具製造商（shāng）轉向了虛擬世界。他們需要（yào）對實（shí）物的刀具產品以數字孿生（shēng）的形式補（bǔ）充發展出一套信息服務（wù）體係。這是通（tōng）往未（wèi）來智慧工廠的必要通行證。沒有這一通行證，刀具製（zhì）造商將（jiāng）被擋在（zài）工廠大門之外。明天的用戶等待著刀具製造商提供有效的虛擬設（shè）計選項，為工藝設計過程的建模、刀具裝配集成、特別定製刀具概念設計提供（gòng）支持。
3.2.2.在線營銷將在（zài）這一迫切的改變中發揮核心作用。COVID-19加速了在線營銷的影響，預計在線售前服務和（hé）售（shòu）後支持（chí）的需求將不斷增長，並將成為刀具製（zhì）造商（shāng）所提（tí）供（gòng）的一整套服務的一部（bù）分（fèn）。因此，一個“All-in-One”的一站式（shì）在線營銷數字係統，刀具數據（jù），獲取各種信息，生成孿生模塊，工程設計（jì）及經濟性的計算，刀具壽命分析，即時服務，建議（yì）、知識、能力等將（jiāng）成為刀具製造商（shāng）產品係列必不可少的部分。（圖2）
圖2. ISCAR WORLD app,一個虛擬的一站式平台，現已載入伊斯卡（kǎ）所有（yǒu）在線APPS，界（jiè）麵和供手機讀取（qǔ）的產品樣本。
4、尋找正確答案（àn）
當然，刀具製造商（shāng）不能坐等事情產生變化，他（tā）們必須主動出擊。伊斯卡就是一個很好的例子，詮釋了一家（jiā）領（lǐng）先的刀具製（zhì）造商如（rú）何尋求滿足行業新需求，並為即（jí）將到（dào）來的變化做好準備。近幾年（nián），伊斯卡通過發布LOGIQ係列推出技術創新的全新產（chǎn）品係列，本著（zhe）工業發展趨勢的精神提供相應的解決方案。
4.1.伊斯卡的車削產品係列通過通用的裝配係統得到了豐富，該係統包括一個（gè）防振模塊和（hé）各種（zhǒng）夾持（chí）刀片的可換式刀（dāo）頭。釺焊有多晶立方氮化硼PCBN刀（dāo）尖（jiān）的刀片設計用於（yú）提高在淬硬工件材料的車削（xuē）加工中的性能。
4.2.具有多定位槽刀夾的單刃切斷刀係統以及強固（gù）耐造的刀座的結合為生產率的提（tí）高打開了新的空間。
4.3.伊斯卡推出一係列能實現（xiàn）大進給銑削HFM及高速銑削HSM的銑刀，大幅（fú）擴展了（le）銑削係列。在航（háng）空（kōng）航天工業難加工材料（liào）的加工中，伊斯卡特（tè）別研發出新的用於可轉位刀片的合金（jīn）牌號及整體陶瓷立銑刀。此外（wài），新引進的玉米銑刀有著高（gāo）壓冷卻HPC可選（xuǎn）項，能顯（xiǎn）著提升鈦的粗銑加工金屬去除率。（圖3）
圖3. 在平麵及複雜曲麵的粗加工中，大進（jìn）給（gěi）銑刀仍然是高效方式。
4.4.伊斯（sī）卡的（de）可換硬質合金刀頭式鑽頭，新（xīn）增帶（dài）3個切削刃的全新刀頭，確保生產率（lǜ）的大（dà）幅提高（圖4）。采用聚（jù）晶金剛石刀尖和（hé）晶片的硬質合金鑽頭為複合材料的鑽削加工提供了高效解決方（fāng）案。
圖4. 伊（yī）斯卡帶3個切削刃的可（kě）換頭式鑽頭（tóu），確保大幅提高生產率，顯著縮短（duǎn）停機時間。
4.5.伊斯卡的產品編程信息部分已發生了重大變化。數字（zì）孿生係統依據ISO 13399標準，虛擬裝配選項，優（yōu）化刀具選擇的軟件，刀具牌（pái）號優化（huà）推薦器，各種來源的持續信息更新，在（zài）線購買（mǎi），豐富的手機應用以及眾多（duō）其它新（xīn）功能一應俱全（quán），提供高水平的刀具產品組合。
5.結語（yǔ）
工業發展的邏輯（jí）需要工具製造商提供新的高（gāo）性能刀具，刀具還具有實時更新的信息組（zǔ）成。這種實物與虛擬世界之間的有（yǒu）機組成將（jiāng）很快在切削刀具業得（dé）到認可，並定義切削刀具的智慧水平及並入先進製造係（xì）統。
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