新材料、微型化、數(shù)字化趨勢和可持續(xù)制造的模式是生產(chǎn)企業(yè)必須應(yīng)對的挑戰(zhàn)。這同樣適用于產(chǎn)業(yè)鏈起始環(huán)節(jié)的金屬加工。如何優(yōu)化復(fù)雜而棘手的金屬切削工藝，工具專家往往是*個被咨詢對象。金屬切削公司面臨的*常見問題包括刀具磨損、加工時間和成本。

近日，國際模協(xié)發(fā)布文章，通過觀察*近的多場歐洲金屬板材加工展會，介紹加工工具乃至相關(guān)技術(shù)的*新發(fā)展趨勢。

01切削材料和涂層

新型切削材料和涂層的開發(fā)是改進(jìn)精密工具的一個關(guān)鍵手段。硬質(zhì)合金、陶瓷和金剛石涂層可減少磨損，延長使用壽命。同時，材料還能保證加工時間不間斷。

伊斯卡（Iscar）刀具通過一系列技術(shù)改進(jìn)其刀具產(chǎn)品：在三刃整體硬質(zhì)合金平頭鉆中集成了內(nèi)部冷卻通道，以提高加工性能。三個冷卻液噴嘴延長了刃的使用壽命，并改善了排屑效果。據(jù)該公司稱，Iscar 的平頭鉆產(chǎn)品系列是市場上首款可加工平底孔的產(chǎn)品。鉆頭的三個切削刃提高了孔的質(zhì)量，尤其是在切削中斷的情況下。這些條件可能包括相交孔或傾斜表面等。

鉆頭的幾何形狀確保了高加工效率，尤其是在加工鋼材和鑄件材料時。該系列鉆頭的直徑范圍為4~12mm，步距為0.1mm，長徑比為3×D和5×D。小刀尖提高了穿透力和加工孔的精度，而波狀切削刃和特殊形狀的刀片確保了對大多數(shù)材料的良好切屑控制。窄刮刀可減少摩擦，確保*的表面質(zhì)量。高度拋光的切屑槽也能干凈地排出切屑，而優(yōu)化的刀芯直徑則提高了刀具的剛性。

02復(fù)合材料和新材料

碳纖維或鈦合金等復(fù)合材料也需要能夠承受極端負(fù)荷的特殊工具。隨著對這些更輕但更堅固材料需求的增加，對能夠加工這些材料的刀具的需求也在增加。因此，許多公司的研發(fā)目標(biāo)都集中在這些工具的生產(chǎn)上，重點(diǎn)是其涂層。

位于德國南部巴登 - 符騰堡州的刀具制造商 Mapal 也在進(jìn)一步開發(fā)其表面技術(shù)，同時，研究硬度極高且耐磨的金剛石層可切割碳纖維材料、陶瓷、石墨和鋁化合物等材料。特別是在模具制造行業(yè)及航空航天工程行業(yè)，用戶對使用壽命和加工可靠性的要求越來越高。

在其涂層技術(shù)能力中心，可轉(zhuǎn)位刀片和整體硬質(zhì)合金刀具都是通過 PVD 或CVD 工藝制備的。對于干切削和高速切削，專家通常建議采用 CVD 工藝。在化學(xué)氣相沉積過程中，化合物的沉積溫度略高于1000℃。如果預(yù)期加工條件相當(dāng)不穩(wěn)定或切割條件困難，則應(yīng)使用更堅硬的PVD涂層。物理氣相沉積將金屬硬質(zhì)材料（如硝酸鈦或氮化鈦鋁）與硬質(zhì)合金基體結(jié)合在一起。如果粘著磨損工藝起作用，則通常選擇類金剛石碳涂層（DCC）。它們也可通過PVD 或基于等離子體的 CVD 工藝分離。為了給工具鍍膜，Mapal 目前根據(jù)具體應(yīng)用，將鍍膜范圍限制在 3~15μm。經(jīng)過優(yōu)化的 HF-CVD 工藝可生產(chǎn)出厚度幾乎均勻一致的涂層。一個始終不變的目標(biāo)是：在特定的切割應(yīng)用中，無論切割深度如何，都應(yīng)能夠可靠地使用總切割長度。其中一個例子是 OptiMill-Composite Speed-Plus，這是一種用于碳纖維增強(qiáng)（CFR）材料的整體硬質(zhì)合金銑刀。在這種情況下，均勻的 CVD 金剛石涂層可確保較長的使用壽命和較高的加工可靠性：“過去幾年中，我們一直致力于改進(jìn)金剛石涂層工藝，并為刀具制造開辟了新的機(jī)遇，”Mapal 公司切削材料 / 涂層研發(fā)團(tuán)隊總監(jiān) Martin Kommer 博士說。因此，從正確的幾何形狀、選擇合適的硬質(zhì)合金到涂層的整個刀具設(shè)計過程都由刀具制造商全權(quán)負(fù)責(zé)。纖維撕裂和突出以及毛刺也是 Emuge Franken 許多客戶面臨的問題。復(fù)合材料應(yīng)用于許多不同的行業(yè)，如航空航天工程、汽車工業(yè)、能源儲運(yùn)和醫(yī)療。公司針對各種加工問題開發(fā)了纖維切割銑刀。

03可加工纖維增強(qiáng)塑料刀具

如碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）、玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）和芳綸纖維增強(qiáng)塑料（AFRP）。直徑從4.0~20mm的ZR涂層立銑刀可用于CFRP和GFRP的粗加工。帶有金剛石-ZR涂層的立銑刀在進(jìn)行粗加工和精加工時不會產(chǎn)生任何破損。特殊的齒形可確保干凈、可靠地切削纖維，切屑量大，排屑效果*佳。直徑從1.0~3.0mm、帶有金剛石-ZR涂層的微型立銑刀適用于微細(xì)加工。反向剪切立銑刀（5.0~12mm）可用于芳綸纖維增強(qiáng)塑料的鉆孔和切邊銑削。

04納米技術(shù)和微結(jié)構(gòu)工具

另一個趨勢與待生產(chǎn)部件的尺寸有關(guān)，零件越來越小，因此，所需的形狀和幾何尺寸也在縮小。零件的微型化要求模具的精度越來越高，尺寸越來越小。在微技術(shù)和納米技術(shù)領(lǐng)域，過渡是非常流暢的。電子和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域?qū)�具有微小結(jié)構(gòu)的模具需求量很大。

例如，在德國Paul Horn公司，掌握微切割的每一道工序至關(guān)重要。當(dāng)需要加工 0.1mm 的外徑、0.5mm 的插入量和 5mm 的進(jìn)給量時，就會感覺到所有加工要素的協(xié)調(diào)是多么*。極小的切削深度需要非常鋒利的刀片，以便將切削壓力降至*低。然而，磨蝕性切削刃增加了產(chǎn)生微裂紋的危險。即使是切削刃上幾微米范圍內(nèi)的小裂紋，也會對工件的加工表面產(chǎn)生負(fù)面影響。切削表面的光潔度也起著重要作用。為了防止邊緣堆積，Paul Horn 的切削表面在使用前要經(jīng)過精細(xì)打磨或拋光。

為了使用戶能夠生產(chǎn)助聽器的螺釘、手表生產(chǎn)的平衡砝碼或醫(yī)療部件的車削微型零件，霍恩公司開發(fā)了用于微型切割的 μ-Finish 系統(tǒng)。因此，在旋轉(zhuǎn)可轉(zhuǎn)位刀片時，可以實(shí)現(xiàn)±0.0025mm 的變化精度。例如，用戶可以轉(zhuǎn)動切割板，而無需重新調(diào)整刀尖高度。

德國 LMT Tools 是另一個體現(xiàn)越來越小工件趨勢的例子。在開發(fā)微銑刀的過程中，除了要求工件質(zhì)量外，生產(chǎn)率和加工可靠性也是重點(diǎn)。LMT 提供公差范圍達(dá) 0.007mm 的各種微銑刀，用于小直徑刀具的高精度銑削加工。3、4 和 6mm 精密軸的公差為h5，直徑范圍為 0.3~3.0mm，有兩種幾何形狀可供選擇：一種是用于*輪廓加工的直面設(shè)計，另一種是球形刀頭設(shè)計。后一種設(shè)計可確保在加工復(fù)雜的三維形狀時具有更高的靈活性。由于銑刀呈球形，因此可以*加工曲線和不規(guī)則表面。

主要應(yīng)用領(lǐng)域之一是模具制造中的硬加工，例如復(fù)雜的三維模具表面、深腔、鉆孔、凹槽或帶肋結(jié)構(gòu)。LMT借助可承受高溫的耐磨層基材系統(tǒng)來抵消高熱機(jī)械載荷集合，因此，工具具有抗氧化性和抗擴(kuò)散性，并具有熱硬度。

“通過微型計劃，我們在軸和可轉(zhuǎn)位刀片產(chǎn)品組合中補(bǔ)充了與模具制造，特別是注塑模具制造相關(guān)的多種工具解決方案�！�LMT Tools 旋轉(zhuǎn)刀具研發(fā)主管 Sascha Beblein 博士強(qiáng)調(diào)說，“我們能夠全面覆蓋所有領(lǐng)域——從沖頭、壓力機(jī)、鍛造模具、塑料模具和壓鑄模具到自由曲面、電極生產(chǎn)和模具制造。”

05無需導(dǎo)向的*小直徑鉆頭

來自盧森堡的 Ceratizit 公司提供小直徑和超深孔鉆頭。WTX 型鉆頭可鉆 30×D的孔，同時保持較高的定位精度。5×D版本被設(shè)計為微型深孔鉆的導(dǎo)向鉆，從而為微型深孔鉆加工創(chuàng)造了條件。微型鉆頭的自定心特性意味著在 8×D 以下（包括8×D）的范圍內(nèi)，無需先導(dǎo)鉆孔 / 定心。

據(jù)生產(chǎn)商稱，這種鉆頭能可靠地加工鋼材、鑄件或高耐熱材料，重復(fù)精度高。這歸功于優(yōu)化的幾何形狀和所謂的龍皮涂層。鉆尖的特殊幾何形狀提高了定位精度，而研磨表面和獲得專利的排屑空間確保了快速可靠地排屑。刀具借助螺旋冷卻通道和軸中的冷卻室進(jìn)行冷卻。通過這些措施，Ceratizit 致力于確保微型鉆孔的重復(fù)精度和無中斷。Ceratizit 整體硬質(zhì)合金鉆削刀具產(chǎn)品經(jīng)理Felix Meggle 說：“公司還能與客戶一起幫助優(yōu)化工具，以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)性應(yīng)用�！�

06夾具助力精密加工

加工工件的*終公差越接近，就越依賴于從機(jī)床底座到切屑的整個動力傳輸鏈。現(xiàn)在，Iscar 公司針對其中的一個步驟推出了一項創(chuàng)新：BHD MB 鏜頭被一種名為 BSFD 或 Boring Super Fine Digital 的 新型刀具系列所取代。該測量儀可顯示所有精細(xì)鏜頭直徑。數(shù)字鏜頭直徑從 3mm 到203.1mm，精度為 ±0.001mm。顯示單元通過磁力與刀具夾具對接，這樣就可以借助數(shù)字屏幕調(diào)整直徑。

據(jù)供應(yīng)商 Iscar 稱，該工具*適用于高精度鉆孔作業(yè)。該工具適用于汽車行業(yè)、航空航天工程行業(yè)和一般機(jī)械工程行業(yè)。在斷續(xù)切削條件下，它們還可作為高公差鉸孔操作的替代工具。

新的標(biāo)準(zhǔn)夾具裝置還能確保在對坯料進(jìn)行五軸加工時實(shí)現(xiàn)*和無中斷切削。其中一個例子是 Emuge 的 EvoGrip 定心鉗，它是一種手動操作的直接夾緊裝置，可將工件定心夾緊。其緊湊的設(shè)計可實(shí)現(xiàn)五軸多面加工，并使此類夾緊裝置具有普遍適用性。EvoGrip 采用模塊化和超薄系統(tǒng)設(shè)計，*大夾緊力可達(dá)75kN。EvoPoint 零點(diǎn)夾持系統(tǒng)是 EvoGrip 的*補(bǔ)充。EvoPoint 具有高精度的特點(diǎn)，并且由于其模塊化設(shè)計，可以與定心鉗系統(tǒng)結(jié)合使用。據(jù)生產(chǎn)商稱，與 EvoPoint 結(jié)合使用可將設(shè)置時間*多縮短 80%。這些夾爪有不同的版本，例如具有不同輪廓的一體式夾爪、由基本夾爪和可翻轉(zhuǎn)夾爪組成的多件式夾爪，以及具有不同輪廓的可翻轉(zhuǎn)夾爪、頂爪和中心夾爪。

07測量系統(tǒng)

當(dāng)涉及到精度問題時，相應(yīng)的控制也是必不可少的。Hahn+Kolb 公司舉例說明了如何在這里找到創(chuàng)新。這家工具服務(wù)供應(yīng)商提供 Diavite 和 Atorn 品牌的 Micro、DH-9 和Easyroughness 粗糙度測量設(shè)備，作為根據(jù) ISO21920標(biāo)準(zhǔn)測量表面的三種解決方案。到 2021年底，這項新的國際標(biāo)準(zhǔn)將取代已撤銷的 ISO4287、ISO4288、ISO13565-2 和 ISO1302 標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)已無法涵蓋現(xiàn)代測量設(shè)備的所有可能性，新標(biāo)準(zhǔn)的三個部分涉及與輪廓相關(guān)的測量、表征和零件表面紋理（粗糙度、波紋度）指示。

用于測定粗糙度的設(shè)備采用鋁制外殼和觸摸顯示屏。它們有用于撬式探頭和基準(zhǔn)面探頭（自由跟蹤器）的進(jìn)給裝置，以及特殊的個性化解決方案。因此，與純粹的撬式拾取系統(tǒng)相比，用戶可以執(zhí)行更多的測量任務(wù)。相應(yīng)的球形測頭、深測頭、鉆孔測頭、齒面測頭、軸測頭和自由切削測頭還能記錄深表面、齒輪、溝槽和鉆孔或小凹槽的數(shù)值。

Atorn 的 Easyroughness 甚至可以記錄絲鉆孔、軸直徑、內(nèi)部凹槽和齒面的粗糙度。除了通過大尺寸 10.1 英寸觸摸屏顯示表面粗糙度外，測量結(jié)果還通過集成的 Windows IoT 操作系統(tǒng)進(jìn)行存儲，并提供視頻 / 照片記錄選項。因此，用戶可以確定目標(biāo)值也符合當(dāng)前狀態(tài)，并將其記錄下來提供給客戶。