當模具製造與工業4.0相碰（pèng）撞--刀具牌號、加工方式和有助提高生產效率的數字化集成（chéng）
2021-8-12 來源：伊斯卡 作（zuò）者： 技術經理Andrei Petrilin
如同其它刀（dāo）具製造商，模具製造對於伊斯卡而言（yán）也是一大重要客戶群。這一工業分支不僅消耗了越來越多的刀具（jù），而且不斷（duàn）提出新的要求，對推進刀具的進步產生了重大影響。這些要求對所有機（jī）加工領域來說都是典型的：客戶總是對生產率更高、更可靠和更高（gāo）精度的刀（dāo）具感興趣。然（rán）而，模具（jù）製造的特殊性（xìng）使其較之一般需（xū）求更需做出特殊設計考量。
加工材料、加工形狀和加工策略是模具製造的三（sān）大顯著特征，對切削刀具需求有重大影響。伊斯卡認為（wéi），隻有基（jī）於這些特征的（de）全盤刀具開（kāi）發理念（niàn），並結合對受工業4.0啟發的數字化發展的集成，才能為模（mó）具行業帶來成功的解（jiě）決方案。
挑戰性工件材料（liào）
模具行業的主要零部件材料通常是淬硬鋼。工件硬度是影響刀具牌號和切削幾（jǐ）何形狀的主要因（yīn）素。對模具磨損或損壞的（de）各（gè）種修複方法包括對損壞表麵進行焊接、熱噴（pēn）塗、激光處理等。對這些表麵的進一步加工則需要使用切（qiē）削刀具來（lái）去除既有堅硬又有較軟材料（liào）層的部分（fèn）。這種切（qiē）削條件會大大（dà）縮短刀具的使用壽命，為此需要刀具製造商盡（jìn）力來平（píng）衡和確保其必要的耐（nài）用性。
複雜的形狀
模具通常都有複雜的外形。3D輪廓是一個模具組的典型加工表麵，能夠有效加工3D表麵是（shì）對切削刀（dāo）具的一個首要要求。刀具製造（zào）商需要提供加工形狀精度和表麵光（guāng）潔度所需參數的刀具，並確保在一次操作中完成工（gōng）件形狀或特（tè）定曲（qǔ）麵加工所需的相宜刀具壽命水平。
加工
製造模具涉（shè）及多種加工工藝：車削、銑削、鑽孔、鉸孔等（děng），以銑削為首。這些（xiē）模具行業的特定屬性是（shì）以非旋轉零件為主，加工表麵形狀複雜，必（bì）須（xū）生（shēng）產加工去除（chú）大量（liàng）材料的型腔，等等，使得銑刀成為這一領域的重頭刀具。
因其（qí）需（xū）要不斷提高新（xīn）產品（pǐn）的（de）生產率，模（mó）具行業往往成為先進（jìn）加工方法的首（shǒu）用者：如高速銑（xǐ）削(HSM)和大進給銑削(HFM)，並需開發出高（gāo）效加工策略。
先進方法和技術的采（cǎi）納對刀具產生了（le）極大的影響（xiǎng），也對刀具製造商提出了新的（de）要求。多（duō）年來，提（tí）出的要求越來越（yuè）嚴苛（kē）。如今（jīn）的模具製造商（shāng）代表了最嚴格的刀具消費群體之一，並希望刀具製造商對此產業（yè）趨勢做出回應。
伊斯卡，作為一家領軍的刀具（jù）生產商，多年以來與模具行業保持成功合作。通（tōng）過推出新產品和升級（jí）現（xiàn）有產品，不斷（duàn）提升其（qí）模具製造解決方案，同（tóng）時提供複雜的刀具項目和相（xiàng）關谘詢。
刀（dāo）具牌號
在模具（jù）製造中，可轉位玉（yù）米（也稱為長刃）銑刀通常用於型腔和寬槽的粗加工。刀具在高負載條件下作業時，可轉位（wèi）刀片的牌號是提高刀具壽（shòu）命的關鍵因素。不久前，伊斯卡推（tuī）出了（le）IC845，一種硬質合金牌號，其特（tè）點是采用新的韌性硬質合金基體及SUMO TEC後處理技術的新型PVD納米塗層。該牌號是專為在（zài）大衝擊載荷下進行切削而設計的。使用IC845製成的刀片（piàn）壽命更長，進而也提高了安裝該刀片（piàn）的玉（yù）米銑刀和槽銑刀的性能。
伊斯卡（kǎ）向整體硬質合金立銑刀係列增添了IC702硬質合金牌號，旨在高效加工淬（cuì）硬材（cái）料（硬度≤HRC65）。
技術前沿的仿形銑削
在加工複雜表麵時，真（zhēn）正的主力軍是夾持（chí）圓刀片的銑刀和（hé）球頭銑刀。伊斯卡為模（mó）具製（zhì）造（zào）商提供以下設計（jì）的刀具：可轉位刀片式銑刀，可換刀頭式立銑刀和整體硬質合金立銑刀。根據工件硬度從低到高分布的差異，刀具的（de）公稱尺寸、精度、裝夾方式（刀杆式或心軸式）和應用範圍都有所不同。中小企業在模具製（zhì）造業中占很（hěn）大比例。對於這些製造商來說，刀具的通用性（多功（gōng）能性）是其刀具選擇的一大要素。
伊斯卡新近的LOGIQ係列（liè）推出了一款專門（mén）針（zhēn）對該挑戰性市場的新（xīn）產品——TOR6MILL係列可（kě）轉位式銑刀（dāo）。TOR6MILL銑刀可裝夾四種不同幾何形狀的刀片。通（tōng）過在（zài）刀體上匹配相對應的（de）刀片可將其轉變為圓角銑刀、90°主（zhǔ）偏角銑刀（dāo）、45°主偏角銑刀（dāo）或大進給銑刀。該刀具可（kě）用於加（jiā）工3D曲麵、方肩、平麵、倒角或用於大（dà）進給粗銑加（jiā）工。（圖1）
圖1 TOR6MILL銑刀
創新技術
經驗證，大進給銑削和高速銑削可顯著提高加工效率，同時能減少（shǎo）手動（dòng）操作，從而大幅縮短生產製造周期。二十世紀（jì）九十年代，模具行業（yè）在很大程度上憑（píng）借及時引入這些高效方法，成功地填補了急劇增加的生（shēng）產需求。
大（dà）進給（gěi）銑削
如今（jīn），刀具生產商們基本（běn）都能為客戶提（tí）供大量的大進給（gěi）（也稱為快速（sù）進給或FF）銑刀以供做（zuò）出選擇，而伊斯卡所提（tí）供（gòng）的選擇範圍看上去是最廣泛的。伊斯卡的標準大進給銑削係（xì）列包括十數種（zhǒng）不同刀具係列，它們的設計理念（可（kě）轉位式、整體式（shì）、可換頭式）、公稱直徑、切削幾何形（xíng）狀、安裝方法和適用性（xìng）（麵銑（xǐ）、型腔銑（xǐ）、深腔銑）都各不相同。這種多樣化的範（fàn）圍便於模具製造商能夠根據自己的需求選擇最佳刀具。
伊（yī）斯卡洞察到采（cǎi）用大（dà）進給銑刀是提高生產率的重要手段，通過引進新（xīn）產品係（xì）列和升級現有產品係列持續推動大進給（gěi）銑刀的發展。不出所（suǒ）料，其在（zài）最新（xīn）的LOGIQ刀具係列就推出了先進的大進給銑刀。
NAN3FEED和MICRO3FEED，是伊斯（sī）卡最新推（tuī）出的兩款可轉位大進給銑刀，直徑範圍為8-16mm（.315-.625英寸）。盡管一直以來整體硬質合金立銑刀在這（zhè）一直徑區域占據著主導地位，但伊斯卡的專家認為，憑借可轉位刀片概念在粗銑加工方（fāng）麵的優勢，將使該係列產品成為替換整體硬質合金設計的高性價（jià）比替代品。
LOGIQ4FEED係列快速進給（gěi）銑刀的特點是“骨型”雙麵刀片。這種獨特的刀片外形提供了四個切削刃，令人（rén）印象深刻的坡走銑加（jiā）工能力定義了該係列的主要用途：高效粗銑型（xíng）腔，尤其是深腔（qiāng）。該銑刀適用於加工硬度（dù）≤HRC50的工（gōng）件。（圖2）
圖2 LOGIQ4FEED銑刀
高速銑削
為了擴大高速銑削產品的應用範圍，伊（yī）斯卡開發了直徑為2-20mm（.250-.750英寸）的多齒整體硬質合金立銑刀，用於（yú）高速精銑加工和半精銑加工。該立銑刀（dāo）采用超細晶粒的IC902硬質合金牌號製成，可加工淬硬材料，切削長徑比高達6xD。銑刀最高轉速可達20,000轉/分（fèn）鍾。通（tōng）過擺線（xiàn）銑技（jì）術和高金屬去除率(MRR)，整體硬質（zhì）合金立銑刀在槽（cáo）銑和（hé）開放（fàng）式型腔銑方麵的粗加工能力已獲得了模具製造商的青（qīng）睞。
變形金剛立銑刀係列
為產品（pǐn）定製模具的需求（qiú）是導致模具製造經常為小批量生產甚至單件生產的主要因素，這也是為何模具企業多為中小企業的原因。對（duì）於這些製造商而言，刀具的有效利用和對庫存進行（háng）良好（hǎo）運營管理是至關重要的。然而，定製（zhì）化通常意味著需要專門的刀具結構才能加工難以（yǐ）觸達的零件區域。並非庫存的所有刀（dāo）具都能勝（shèng）任此類加工，而特殊設計的定製（zhì）化刀（dāo）具也遠（yuǎn）非最佳方案。
采用伊斯（sī）卡的（de）變形金剛（gāng）MULTI-MASTER係列可換（huàn）頭式組合刀具可（kě）以有效克服這些困難。（圖3）
圖3 變形金剛立銑刀
根（gēn）據MULTI-MASTER這一概念，刀頭適合安裝在不同的（de）刀體（刀杆）上（shàng），刀杆（gǎn）也可以（yǐ）搭載不同的刀頭。針對不同的加工應用，刀頭形狀（zhuàng）、切削幾何形狀和尺寸的設（shè）計因3D曲麵（miàn）銑、方肩銑、槽銑、倒角和孔加工等而（ér）有所不同。圓柱直柄和（hé）帶錐頸的刀柄有（yǒu）多個尺寸可適應於不同懸伸量的需要；其設（shè）計可（kě）確（què）保直接（jiē）夾持於刀柄、卡簧或機床主（zhǔ）軸上。
MULTI-MASTER係（xì）列擁有豐富多樣的刀頭（tóu）、刀杆、縮徑（jìng）杆、延長杆，可以（yǐ）裝配出超過40,000種刀具。因為更換磨損的刀頭時無需額外的安裝步驟，MULTI-MASTER係列完全滿足（zú） “無需（xū）對刀”這一重要原則的要求。無需將刀具從機床取下（xià）即可在機更換刀頭，這大大縮減了停機時間。以上特點使得MULTI-MASTER係列在（zài）模具行業（yè）非常受歡迎。
數字（zì）化刀具集成
模具製造的小批量特性及對加工形狀的高精度要（yào）求，使得規（guī）格上的任（rèn）何偏差（chà）都會（huì）成（chéng）為致命弱點，即使是一個微小的錯誤也會威脅到整個（gè）產品的質量。在工業4.0發展的推動下，現代製造（zào）業的（de）數字化為模具製造商提供了克服這一（yī）障（zhàng）礙的有效工具——加工工藝（yì）的計算機建模（mó）。這確保（bǎo）了生產加工策略的實施，刀具路徑和切削數據優化，並防止可能發生的碰撞。
伊（yī）斯卡通過（guò）在其電子樣（yàng）本（E-CATA）中加入銑刀組件選項，擴展了其數字化領域，其中包含可訪問的、精確的數字化預加工刀具（jù）數據。基於ISO 13399標（biāo）準創建的刀具裝配數字表達，有助於在軟件係統之間進行刀具信息的（de）準確（què）傳送。將該新功能集成到模具製造商的CAD/CAM係統中，可以防止在車間加工過程中出現錯誤，而規劃多（duō）個裝配組（zǔ）件的（de）能力為用戶節（jiē）省了時間和成（chéng）本（běn）。伊斯卡計劃擴展其工業4.0數據驅（qū）動產品，為模具製造商打通（tōng）連接現代化（huà）製造的數字和虛擬世界。
結語
我們身邊的很多產品都是用模具製造（zào）的，且大家（jiā）對這些產品的需求仍在不斷增長。各工業領域的發展對模具製造產生了巨大影響，如模具消費的主（zhǔ）力軍之一汽車工（gōng）業。對（duì）模具的更多要求也就意味著對加工刀具的要求也將達到一個新的水平。伊斯卡認為（wéi）刀具製造商應預（yù）見這些需求，並據此提供必要的（de）解決方案。
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