數控機床

      隨著（zhe）全球化的進程，製（zhì）造業的國際競爭也變得越來越激烈。為了在競爭中（zhōng）立於不敗之（zhī）地，許多企業都致力於“降低成本”、“縮短交貨期”、“提高質量”等各種課題（tí）的（de）研究（jiū）。特別是最近在重新認識“日（rì）本製造”的同時，模具的高精度（dù）化、高效化加工已成為重要的關鍵詞。換言之，模具加工過程中不（bú）可或缺（quē）的工具——切削刀具的作用現在已被認為是至關重要的因素。 

     近幾年，使用切削刀具的用（yòng）戶的需求也發（fā）生了變化。以前，人們（men）普遍認為刀具是消耗品，所以想（xiǎng）通過（guò）減少使用量來降（jiàng）低刀具費用。最近人們（men）的觀點發生了轉變，認為應該通過充分發揮刀具的作用來降低（dī）加工費。這（zhè）也正是日立工具公司4年（nián）前提出的“加工（gōng）減半運動”的觀（guān）點。為了配合（hé）用戶這種需求的變化，工具生產商有必要集中精（jīng）力（lì）開（kāi）發效率更高的刀具。 

    本文將介紹以下內容：近期為配合模具加工需求而開發的用於精加工的高效小直徑整體硬質（zhì）合金立銑刀（Epoch深切削（xuē）圓角立銑刀）；用於粗（cū）加工的高效圓角立銑刀（dāo）（多刃型大進給圓（yuán）角立銑（xǐ）刀）；能在高效加工條件下大（dà）幅（fú）提高刀具性能的最新超潤滑塗層（JX塗層）的開發、性能和加工實例。 

    1．整體硬質（zhì）合金立銑刀“Epoch深加工圓角立銑刀（Epoch Deep Radius）” 

    （1）切削性能 

      近幾年，用切削加工替代以前的放電加工的趨勢越來越明顯，這種需求漸漸轉向切削工件上窄而深（shēn）的部位。使用立銑刀深切削（xuē）加工（gōng）這種窄而深的部位時，適用的主流刀具是小（xiǎo）直徑球頭（tóu）立銑（xǐ）刀（日（rì）立工具也在生產Epoch深切削球頭立銑刀、Epoch筆式深切削球頭立銑刀係列）。但是，使用小直徑球頭立銑刀進行高效深切削（xuē）時會（huì）出現以（yǐ）下問題（即用切削加工（gōng）替代放（fàng）電加工存在的問題）：①切削阻力容易增大；②中心部位的（de）切（qiē）削速度很難提（tí）高（頂端中（zhōng）心刃部分易受損（sǔn））；③存在理論上的（de）切削（xuē）殘留部分（刀具徑向切入（rù）量不（bú）能太大）。 

      日立工具為解決以上問題（tí），開發了小（xiǎo）直徑長（zhǎng）頸（jǐng）係列Epoch深切削圓角立銑刀。在使用小直徑立銑刀進行深切削時，如果刀具切（qiē）削刃前端（duān）的切削（xuē）阻力太大，就會產生振動而無法在高效切削條件下加工，從而影響加工效率。從切削阻力的角度對球頭立銑刀與R角立銑刀（dāo）進行對比可知，後（hòu）者的切削刃接（jiē）觸麵積較小，切削阻力也相對較小。 

      此外，在進行等高線切削（xuē）時，球頭（tóu）立銑刀存在理論上的切削殘留部分，尤其是切削速度低的端部橫刃（rèn）容易破損。而圓角立銑刀加工時通常能形成一定的（de）切削麵，故（gù）具有加工穩（wěn）定可靠的優點。 

      現在（zài）開發的Epoch深切削圓角立銑（xǐ）刀能夠防止深切削時產生的顫（chàn）振。為了進（jìn）一步提高（gāo）加工效率，采用了倒錐形設計。這種設計可防止切削過程中因（yīn）刀具彎曲造成（chéng）外周刃（rèn）與被切削材料接觸，從而可實（shí）現穩定加工。此外，刀（dāo）具塗層采用了具有高硬度和高（gāo）耐熱、耐磨性能的TH（TiSiN）硬塗層，非常適合高硬度材料的直接深切削加工。 

      以下通過（guò）加工實例介紹Epoch深切削圓角（jiǎo）立銑刀的（de）特點（diǎn）。 

    （2）加工實例 

     ①溝槽高效加工實例 

     為了對溝槽進（jìn）行高效加（jiā）工，需要在一定程度上加大XY方（fāng）向的步（bù）距，但如果使用球頭立銑刀加工，就會使無法提高切削速度（dù）的中心刃（rèn）承受很大的負荷而不得不降低切削條件。 

     從使用球（qiú）頭立銑刀加工溝槽的結果（guǒ）可以看出：若加大（dà）設定的XY步距（jù），則中（zhōng）心刃處的破損程度也會加大；若（ruò）減小設定的XY步距，降低切削條件，雖未觀察到中（zhōng）心刃受損，但前端（duān）中心橫刃的磨（mó）損卻有所增大。從使用（yòng）Epoch深切削（xuē）圓角立銑刀加工溝槽的結果可知，不但（dàn）切削穩定，而且磨損減小，對高硬度（約50HRC）熱模（mó）鍛鋼工件的溝槽加（jiā）工效果良好。 

     在本加工實例中，與球頭立銑刀相比，新型圓角立（lì）銑（xǐ）刀所需加工時間縮（suō）短約（yuē）1/4，加工費用降低一半以上。 

    ②高硬度材料的深切削 

     從用長頸型（xíng）立（lì）銑刀加工SKD11冷作模具鋼（60HRC）的結果可以看（kàn）出，球頭立銑刀的外（wài）周切削刃有很大破（pò）損；而Epoch深加工圓角立銑刀無破損（sǔn），隻有均勻磨損。可以推（tuī）斷，由於球頭立銑刀的切削刃接觸長度較大，因此切削阻力也大，切（qiē）削速度高的外（wài）周（zhōu）切削刃容易受損。這一點與例①相同，圓角立銑刀具有明顯優勢。 

     由在相同加工條件下日立工具的圓角立銑刀與其它公司圓角立（lì）銑刀的對比可以看到，其它公司生（shēng）產的圓角立銑刀由於沒有采用倒錐形設計，對超過60HRC的（de）高硬（yìng）度材料加工效果不（bú）太（tài）理想。日立工具的新一代深切削圓角立（lì）銑刀因（yīn）為采用了背斜式形狀的獨特設計，外周切削刃為點接觸式（shì）切削，即使在用直切法加工高硬度（dù）材料時，切削阻力也很小，且加工狀態穩定。 

    由Epoch深切削圓角立銑刀的加（jiā）工實例可（kě）知，該刀具性能優（yōu）異，尤其（qí）對高硬度（dù）材料進行深切削時具有明顯優勢（shì）。總之，充分發揮圓角立銑刀的作用，可對經過熱處理淬火的材料直接（jiē）進行溝槽加工，因加工過程縮短，可大幅降低加工（gōng）費用。實驗證明，采用圓角立銑刀加工（gōng）效率可（kě）提高5倍以上，而加工費可降低35%。 

    2．用於（yú）大進（jìn）給粗加工的可轉位圓角立銑刀 

    （1）多刃型大進給圓角立銑刀 

     模具行業普遍（biàn）采用小切深、大進給的切削方式來實現（xiàn）高效加工，但（dàn）市場需求要求進一步提高加工效率（lǜ）。針對這種需要，日立工具開（kāi）發了多切削刃刀具，以（yǐ）及在大進給條件下也（yě）能承受高切（qiē）削（xuē）速度的塗層。 

     多刃型大進給圓角刀具的設計理念是在有限的刀具外徑內，根據以往的刃數設計方法，將切削（xuē）刃尺寸縮小，但又不會降低刃口強度。將大進給圓角立銑刀的（de）刀片主切削刃半徑設定為R8。與半徑同為R8的圓刀片相比，它（tā）具有相同的刃口強度，但又最大限度地縮小了刀片麵積，從（cóng）而實現了多刃化。以前外徑（jìng）為φ32的刀片都是2個刀刃（rèn），而多刃型大進給圓角立銑刀的刀刃數多達5個，比以往的產品提高（gāo）了2.5倍。 

    （2）大進給刀具的特點 

    以前用於粗加工的可轉位刀具普遍配用圓刀片，表麵上看似乎可獲得很大的切深量，可一（yī）次切（qiē）除大量材料，但由於其切削刃與（yǔ）被加工（gōng）材料的接觸長度大於直線（xiàn）刃刀片的接（jiē）觸長度，因此切削阻力增大，很難實現大進給切削。此外，圓刀片在刀具懸伸（shēn）較長的加（jiā）工場合受到（dào）徑向力作用（yòng），易造成刀具彎曲而發生振顫。多刃型（xíng）大進給圓（yuán）角立銑刀的切削刃設計在刀具回轉軸的（de）底部，因此切削阻（zǔ）力主要作用於軸向，即多（duō）刃型大進給圓角立銑刀即使懸伸較長也不易發生顫振，能夠實現穩定加工。同時，通過將刀片小型（xíng）化，使（shǐ）切削刃長度比以往的（de）大進給刀具明顯縮短，減小了切削阻力，從而通過多刃化（huà）有效控製了切削力。 

    （3）小切深、大進給（gěi）加工的優點（diǎn） 

     小切深、大進給加（jiā）工是大進給刀具的（de）應用條件，其優點是材料切除率大、加工效率高。與采用大切深的高效加工相比，在切深量減小（xiǎo）的情況下，可在機床工作台的（de）最大進給限製範圍內（nèi）進行高效（xiào）率的快速進給加工。 

     采（cǎi）用圓刀片通過加大切深來提高加工效率時，加工後工件上會留下明顯的切削殘留部分，這將增加後續精加工（gōng）刀具的加工負荷。雖然粗加工效率（lǜ）很高，但會降低後續工序的加工（gōng）效率。與此（cǐ）相（xiàng）比，采用小切深、大進給加工時，粗加工的切削殘留部分減少，更接近最終精加工的形狀，從而可減（jiǎn）輕後續工序精加工刀具的負荷，使粗加（jiā）工和精加工的效率同時得到提高，穩定可靠地實現高效加工。 

    3．超潤滑JX塗層 

    如上所述，在通過改進刀刃（rèn）形狀（zhuàng）、增加刀刃數（shù）量以（yǐ）提高加工效率的同時，如能提高刀具回轉（zhuǎn）速度，加快切削速度和進給速度，就能進一步（bù）提高加工效率。但是，在高於（yú）現（xiàn）行切削速度時，目前的（de）刀具塗（tú）層對切削產生的高溫和（hé）壓（yā）力承受能力不足。因此，我們重新認識了小切深、大進給切削對切削刃的影響，確定了高速化（huà）必需的性能：即（jí）使在高溫下也具有能抑（yì）製大進給切削產生的切屑與刀具之間摩擦的潤滑性能。為此，日立工具成（chéng）功地開發了潤滑性極強的鈦化合物係列塗層。這種能（néng）用於高效加工的新性能JX塗層能有效降低月牙窪磨損（sǔn）和後刀麵磨損，並有（yǒu）效防止刃口粘結現象。 

    （1）低摩擦係數、高硬度、高韌性的JX塗層 

    JX塗層在鈦、鋁係化合物中添加了自潤滑材料，能利用切削熱在塗層表（biǎo）麵形成薄（báo）氧化層。該氧化（huà）層（céng）可提高潤滑性能（néng），控製切削溫度上升，同時降低切削刃與被加工（gōng）工件之間的親和性，抑製切削刃的粘（zhān）結。JX塗（tú）層的硬度與硬度最高的TiSiN係塗層相當，高硬度可防止高速高效加工環（huán）境下的切削刃磨損，大幅延長刀具的使用（yòng）壽命。陶瓷係硬質塗（tú）層難以有效防止銑削加（jiā）工特有的斷續切削（xuē）造（zào）成的熱裂紋，但JX塗層由於韌性大幅提高，因此具有很高的抗崩刃性。可以看出，JX塗層是同時（shí）具有潤滑性（xìng）、耐摩耗性、抗崩刃性的新（xīn）一代塗層。在刀刃數和使用壽命（mìng）相同的前提下，它比以前塗層的切削速度提高了40%。 

    （2）多刀刃、大（dà）進給圓角立銑刀的高速切（qiē）削實例 

    使用多刃型大（dà）進給圓角立銑刀和（hé）JX塗層刀片在最新型的數控（kòng）加工中心機床（切削進給速度最高可達（dá）50m/min）上進行高效加工（gōng）的實例：多刃型大進給圓角立銑刀的刀刃外徑為φ32mm，有5個切削（xuē）刃；刀（dāo）片牌號為（wéi）JX1045；被加工材料為（wéi）40CrMnMo7（相當於JIS標準的SKT3）。在切（qiē）削速（sù）度（dù）Vc＝300mm/min、主（zhǔ）軸轉速n=3000/min、切削進給速度Vf＝50m/min、每齒進給（gěi）量fz＝3.3mm/齒、切深ɑp×ɑe＝0.3×25mm的切削條件（jiàn）下（xià），可輕快（kuài）完成切（qiē）削。加工所用的高速數控加工（gōng）中心在國內外尚未普遍（biàn）使用，與目前普遍使用的切削（xuē）進給速度10～20m/min的高速數控加工中心相比，加工效率可提高2.5～5倍。而（ér）新一代多（duō）刃型大進給圓角立銑刀（dāo）可使現有高速數控機床的功能發揮到極致。 

     以上介（jiè）紹了應（yīng）用最（zuì）新技術研製的Epoch深切削（xuē）圓角立銑刀、大進給圓角立銑刀和JX塗層的開發目的與效果。這些新型刀具的出現滿足了提高模具加工效率的需求，也降（jiàng）低了（le）模具加工成本。