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CIMES2018隆重举行创新成果目不暇接(2)--刀具篇

刀具

u 株洲钻石切削刀具股份有限公司

株洲钻石切削刀具股份有限公司(以下简称:株钻)是国内领先的硬质合金切削刀具综合供应商,集产研销为一体,在刀具行业具有国际竞争力。这家原先从株洲硬质合金集团剥离出来专业制造刀具产品尤其是数控刀具产品的厂家,已越过了做刀具产品供应商的门槛,正在向为用户提供个性化的解决方案转型发展。

老杨走进株钻的展区,他们的市场和产品管理部门向老杨提到最多的就是所谓“解决方案”。在展会上,他们比较充分地展示了针对汽车发动机的缸体、缸盖、曲轴等典型零件的解决方案。


图1 株钻汽车发动机缸盖的粗精加工面铣刀

图1是株钻展示的用于铸铁缸体加工的粗精加工面铣刀,粗加工铣刀采用大切深的多刃刀片,目标是提高客户的加工效率;而精加工使用了带精调刀座的铣刀,可实现0.002mm的调节精度,加工表面粗糙度等级非常好。


图2 株钻带有自主知识产权的铝合金高速铣刀

铝材料在汽车轻量化的进程中正得到越来越多的应用。株钻为此也开发了针对性的铝合金加工解决方案。图2是株钻的带有自主知识产权的铝合金高速铣刀,其带有三面锯齿的刀座及其调节机构,都是株钻的专利技术。

株钻介绍,当H级的刀片精度配合高分辨率调节螺钉时,可将铣刀端跳快速调整到0.002mm。而三面锯齿及螺钉多重定位结构,使刀夹及刀体位置能完全固定。并且当刀夹受到较大切削力时,接触锯齿数增多定位面更大,单个锯齿弹性变形减小,保证与静态时尺寸差异极小,同时还具有良好的刀夹防飞能力。


图3 株钻几款缸盖用金刚石刀具

对于铝缸盖,超硬的金刚石(PCD)材质的面铣刀盘、钻头、高精度铰刀、镗刀等其他复合刀具都得到广泛应用。PCD刀具可承受极高的切削速度(铣削的线速度800m/min),能显著提升加工效率及加工寿命,同时表面质量也更好。株钻介绍,他们的一款精铰结合面定位销孔的PCD刀具(图3左起第3款),用来替代原有的硬质合金刀具,加工效率提高三倍,寿命较原硬质合金铰刀提高80多倍。


图4 高速外铣刀及配套刀片方案

图4的连杆轴高速外铣刀和图5的曲轴主轴颈车车拉都是所谓发动机加工的最难的刀具代表。株钻表示,这类刀具的难题对他们来说已并非高不可攀。图4是他们为连杆轴高速外铣刀刀片搭接提供的两套方案,一个铣刀盘的外圆刀片采用双面具有8个切削刃的刀片,经济性高;而另一个外圆刀片和沉割槽刀片寿命大致相同,有利于减少换刀次数。


图5 曲轴主轴颈车车拉刀盘及刀夹

对于图5的曲轴主轴颈车车拉,株洲钻石表示,既可以提供曲轴主轴颈车车拉的刀片,也可以提供各种刀夹,还可提供车车拉刀盘,全方面为客户解决后顾之忧。对于像高速外铣车车拉这样的刀具,株钻不但可以提供刀片、刀座、也可以提供刀盘。

由此可见,株钻正在努力助推汽车行业制造,降低成本,竭力为发动机创新提供攻克利器,成为向汽车发动机制造厂提供解决方案的服务商。这也是老杨认为我们中国刀具要走向适应智能化制造必须经过的发展阶段。

u 利美特金属加工技术(中国)有限公司


图6 利美特金工的三种齿轮滚刀

走到利美特金属加工技术(中国)有限公司(原蓝帜金工)[以下简称:利美特金工]的展台,很难不被他们的齿轮滚刀吸引住眼球。图6自左至右分别是可转位齿轮滚刀UNIFY、可涂层硬质合金齿轮滚刀和滚倒刀具系统。

利美特的UNIFY滚刀将刀夹和刀体设计成一体式,在同等模数情况下,外径可以做得更小,可适用于较小的机床,其技术创新点表现在:相对于传统的错齿结构的镶片类滚刀,UNIFY的精度更高。可涂层硬质合金齿轮滚刀CARBIDELINE-H将硬质合金刀条焊接于高速钢刀体的高精度滚刀,是整体钢件刀体与硬质合金刀刃的完美结合。与整体硬质合金和镶刀片滚刀相比,价格便宜而加工效率与之相当,与整体高速钢滚刀相比,虽然价格稍高但最终刀具寿命远远超于整体高速钢类滚刀,以性价比高胜出。滚刀-倒角组合刀可取代原有的剃齿工艺,同时倒角加工效率比原工艺提高30%,而且省去了倒角机的投入,大大降低了生产成本和设备的投资。


图7 利美特金工的两种模块式切削丝锥

利美特金工的两种模块化丝锥也是非常与众不同的产品。

模块式切削丝锥Xchange结合使用了耐磨性硬质合金螺纹丝锥头和具有高韧性的钢制刀杆,二者通过放射状的多个三角棱结合。这种放射状的接口依靠形状的约束,不会发生打滑现象,对于传递扭矩而言非常有效。与高速钢刀具相比, 使用钢刀杆和硬质合金丝锥头的组合能达到两倍的切削速度,因此节拍时间和与此相关的机器费用大幅下降, 有利于高效生产,这对于降低加工成本很有帮助。

另一种模块化的丝锥是不带容屑槽的结构,应用于挤压丝锥,如图7b)所示。与带容屑槽的模块化切削丝锥的接口类似,丝锥头与刀杆也通过放射状的多个三角棱结合。由于所有的三角棱都是长齿,它不但不会发生打滑现象,而且更有利于传递较高的扭矩。


图8 双头可换刀片式仿形铣刀Copy Max 2

图8是利美特的Copy Max 2双头可换刀片式仿形铣刀。一般的可换头,精加工球头铣刀都不可转位,而利美特金工的Copy Max 2带有两个全功能切削刃:当第一个切削刃磨损时,刀片可以转位并重复使用,且和第一个切削刃具有相同的刀具使用寿命。非使用中的切削刃并不参与定位和夹紧,而是有位于2侧圆弧刃后方的专门的装夹定位面来承担定位和夹紧,刃口不会被碰伤。

u 赣州澳克泰工具技术有限公司

同样是国产硬质合金刀具商,拥有世界一流的硬质合金刀具生产技术,产品广泛应用于石油、电力、钢铁、数控机床等领域。


图9 澳克泰的不锈钢材质车刀片

展会上,澳克泰的工作人员向老杨重点介绍了他们的三款产品。

第一款是用于不锈钢车削的刀片。这款由不锈钢专用基体和纳米涂层的刀片材质被命名为AP301M,这样的基材和涂层,经表面光顺处理能使切削阻力变小而且不易发生积屑瘤;在断屑槽型方面他们推出了3种用于负型刀片的槽型MB2、MC3和MC4(图9左上自左至右)分别用于精加工、半精加工和粗加工,而在正型刀片上则推出了PB1和PC2,分别用于精加工和半精加工。


图10 澳克泰的AFM45-XN系列铣刀

第二款是AFM45-XN系列铣刀,分为螺钉压紧的梳齿系列和楔块压紧的密齿系列。这种45度主偏角的铣刀是径向力和轴向力相对平衡的结构,负型的7边形刀片具有14个可用的切削刃口。既有经济型的烧结刀片,也有高精度的周边磨削刀片,两种刀片都可以带有修光刃,而刀片材质则有带有CVD涂层(AC301P和AC301K)或带有PVD涂层(AP301U、AP351U、 AP401U和AP351K)可供选择。


图11 90°主偏角双面铣刀ASM90-WN08铣刀

第三款是纯的双面铣刀ASM90-WN08铣刀。澳克泰介绍说,他们的ASM90-WN08铣刀是真正的90°主偏角,有疏齿、密齿和超密三种齿距(其中超密只推荐在短屑类材料及小余量铣削时应用),有芯轴套式、圆柱柄、侧固式和模块式多种接口,刀盘表面镀镍,美观且耐腐蚀,耐磨损,大部分直径的铣刀盘还带有内冷却系统;而刀片是凸三角形的负型刀片,每个刀片带有6个有效刃口,无论是FM2、MM3、MM4和MR2四种槽型中的哪一种都带有短修光刃(另外还可选专用长修光刃刀片),可以获得较高的粗糙度。刀片材质则与AFM45-XN系列铣刀一样,有2种带有CVD涂层和4种带有PVD涂层的刀片可供选择。

u 北京星虎科技发展有限公司

北京星虎科技展出了代理的台湾震虎的刀具,主要介绍的是400PLUS整体硬质合金抗振铣刀。400PLUS铣刀系列是一款刃口不等分和不等螺旋角设计的刀具,当不等分齿与不等螺旋角设计运用在切削刀具上,可显著减少切削振动、降低工件表面毛刺产生、分散切削阻力、提供更连续的切削力,使刀具寿命延长。

同时,他们所使用的涂层种类是氮化铝钛硼(AlTiBN),比AlTiN或TiN有更好的耐磨性,大大提升刀具使用寿命、达到高效切削及精加工的表面品质,节省使用成本。


图12 台湾震虎400PLUS整体硬质合金抗振铣刀

在研发过程中,不追随国外大厂刀具设计的思路,而是运用科学的实验数据,找出最佳的切削角度搭配,让刀具表现出最佳切削效能。在切削实验时,不论国产品牌,还是国际著名品牌与之做性能比较,400PLUS系列刀具效能表现都突出优异。

为了让使用者在加工时能更快速准确掌握尺寸,震虎公司将刀具公差标示于刀具柄部,并提升到纳米级精度,以世界领先的高精度尺寸±2μm内作为可靠值,让使用者可以清楚与便利的对切削刀具信息掌握更彻底,更能维持加工产品的稳定性。

u 黛杰工业株式会社


图13 平底冠齿钻

图13是黛杰展出的一款钻尖角为180°的平底冠齿钻。它被用来应对从零部件加工到其他广泛加工领域的钻平底孔加工。大直径的整体式钻头价格不容小觑,因此,黛杰研发了大直径平底冠齿钻,大幅节省刀具成本。

这款平底冠齿钻也可用在倾斜面、交差孔等不稳定加工环境中而无需分步进给。同时,采用波浪式刃型,有效降低切削阻力,可轻松应对预硬钢、不锈钢等被加工材料。它采用独特的内冷方式,有效加工深度为直径的1.5倍。


图14 QM快魔王的高精度版MQT型

黛杰QM快魔王系列又增加了高精度版的MQT型,图14全家图。MQT型与传统的可换式刀头相比,刀体精度提升一个级别,使用标配H级刀片时,外径制造精度达到-0.02~-0.05mm。90°直壁、87°、85°斜度三种互换刀体配以XPHW(T)鼓形刀片,不仅可以采用大步距切削大幅提高加工精度和加工效率,而且可轻松应对从90°垂直直壁到80°之内所有角度的倾斜面加工要求。特别是针对日益增多的五轴高速加工,其带斜度刀体与鼓形刀片的结合给出了完美的解决方案。

刀片材质有应对一般钢、预硬钢、不锈钢、铸铁等广泛被加工材料用的PVD涂层材质(JC8118)及可提升加工表面光洁度用的金属陶瓷材质(CX75)。另外,与标准品QM快魔王一样可共用YPHW型刀片,进一步突显出它的多功能性。

u 北京沃尔德金刚石工具股份有限公司



图15 北京沃尔德的可转位钢铝复合刀体金刚石铣刀

北京沃尔德重点介绍了可转位钢铝复合刀体金刚石铣刀。

老杨认为该铣刀最重要的特征是刀片具有2个可用的刀尖。以前看到的大部分金刚石刀片铣刀,无论是刀片上焊金刚石刀片还是刀座上直接焊金刚石刀片,基本都属于可换但不可转位。沃尔德的刀片在结构上将定位面与调节面分离,如果客户没有好的调刀能力,可以直接依靠刀片与刀体的定位面贴合,也能保证相对较高的端面跳动水平(0.02mm),从而使刀片仍然可以有较长的使用寿命。但如果客户能将刀片跳动调整到合适水平(0.002mm,实际这不很难),刀具寿命将有更大的提高。

沃尔德的冷却液喷淋板能使切削液很好地直接输送到切削区域,从而改善铝合金加工的表面质量。另外,刀盘底部有连接铝刀体和钢刀体的螺钉,请用户切勿擅动。

u 霍夫曼工具贸易(上海)有限公司



图16 霍夫曼的抛物线形高性能铣刀GARANT PPC

图16是霍夫曼展出的一款看上去像锥形球头铣刀而实质是抛物线形的高性能铣刀(GARANT Parabolic Performance Cutting,他们简称PPC)。

GARANT PPC的主要刀刃为近似大半径圆弧的抛物线形,这样能让有效半径起到更大作用。因此,相对于相同直径的球头铣刀,全新PPC铣刀的步距要大9倍,同时还能达到相同的表面加工质量。最终的结果就是加工时间更短,工件、刀具和机床所承受的应力更小。另一方面,若保持同样的步距大小,则表面加工质量可优化80倍。


图17 霍夫曼-球头铣刀抛物线形铣刀GARANT PPC对比

但霍夫曼表示,若要高效使用GARANT PPC刀具,则要求同时使用合适的CAD-CAM软件,软件可以以数据模型的形式对刀具结构进行加工。

u 北京瑞德卡特经贸有限公司


瑞德卡特在CIMES2018展会的第二天举行了其数字化小刀夹的发布仪式,瑞士MBM的全球首席执行官专程出席了发布会。


18 瑞士MBM新发布的数字化小刀夹和其它数字化镗刀



18的左侧是瑞士MBM新发布的数字化小刀夹示意。瑞士MBM前些年已经陆续发布了一些数字化的镗头(图18右的上方),这种数显机构外置的结构对于数字化镗刀的使用和养护都带来很多的方便。

瑞德卡特介绍,这次新发布的数显精镗刀夹模块是专门为非标阶梯镗(图181)的精加工而开发的创新产品,在技术上具备他们特有的霍尔技术,具有防磁、防屑、防尘和防水功能。

新发布的数字化小刀夹微调精度为0.001mm,径向调整量为0.4m,轴向调整量±1mm,最大转速10,000 r/min,它具有内冷、操作简便、可靠性强、直接位移测量而没有反向间隙、不需要单独的调刀和校准装置、可以在机床上直接调整、降低非生产时间从而提高效率等优点。并且数字化小刀夹和以前发布的其它数字化镗刀的外接数字显示装置是通用的。

 

u  瑞格费克斯精密工具(上海)有限公司


19 瑞格费克斯的冷压刀柄系统

 

瑞格费克斯REGOFIX介绍了他们的冷压刀柄系统——PG刀柄。瑞格费克斯的PG刀柄是有别于液压刀柄、热装刀柄、力变形刀柄的又一种适合高速加工的刀柄。它会将刀装入夹头(图19右边4个),然后将这些夹头放入刀柄(图19中间4个)。

由于PG夹头带有1:100微小锥度,不借助工具我们无法将夹头完全转入刀柄,因此瑞格费克斯推荐用冷压刀柄自动装夹单元(图4左),将手工初步套入的带有刀具的夹头和刀柄一同放入自动装夹单元,由自动装夹单元使用约15.5MPa155Bar)的压力负责将夹头压入刀柄。

瑞格费克斯推荐在刀具柄部侧固锁紧面装入螺纹塞片,再加上特制螺纹的安全螺帽,这样可以200%防止刀具和夹头在加工时被拔出。而拆卸时沿安装反步骤即可拆下。

 

u  埃莫克法兰肯精密工具(苏州)有限公司


20 埃莫克法兰大尺寸的挤压丝锥



埃莫克法兰肯展出了大尺寸的挤压丝锥(图20),有些挤压丝锥的直径最大可达M48,可以用于加工部分钢件和铸铁件(主要是球墨铸铁)。

埃莫克法兰的挤压丝锥的槽主要用于润滑油通过,可以在没有内冷却的条件下用外部冷却来实现润滑,而中心冷却孔将很好的冷却和润滑其挤压锥部分,在加工通孔螺纹时侧冷是最安全可靠的方案,能更好地对挤压锥部分提供冷却与润滑。所有易延展的材料均能挤压成形, 但必需有充分的润滑, 他们一般对于通孔和水平加工, 推荐使用油槽(除浅螺纹通孔外, 如薄板零件)

21 埃莫克法兰肯演示大直径高精度内容屑丝锥切削及视频二维码

 

埃莫克法兰肯在CIMES2018现场,还为老杨演示了大直径(M120×6)、高精度(6H)的内容屑丝锥加工。该演示使用了5m/min(11r/min)的切削速度,演示完的内容屑丝锥温度很低,工件经通规、止规检验均正常。具体演示可扫描图21右侧二维码观看全过程。

 

u  成都工具研究所有限公司

22 成都工具研究所轮槽铣刀

 

成都工具研究所展出了一系列的成形铣刀(图22),而高精度的成形铣刀当属汽轮机叶根轮槽铣刀(又称枞树形铣刀或圣诞树铣刀)。由于汽轮机叶根槽的精度要求极高,要用成形铣刀达到这样的精度并非易事。由于他们的努力和精益求精,哈汽、东汽、上汽、无锡透平等都选用了他们的轮槽铣刀。


23 SFS刀具螺钉及旋具

 

成都工具研究所也展出了他们代理的SFS刀具螺钉及旋具。刀具的螺钉虽小,规格也很多,但对刀具的使用有不小的影响,例如通过选择正确的表面处理,可以大大提高刀具螺钉的长期可靠性,保证刀片能发挥出应有的性能;又如螺钉的扳拧特征,TorxPlusTorx能传递更大的扭矩,扳拧时更不容易发生打滑现象。据悉,世界上大部分刀具公司的主要刀具螺钉供应商都是SFS


24 成都工具研究所管板钻

 

成都工具研究所展出了几种深孔钻,图24所示是管板钻。管板钻是特指用于换热器管板的深孔加工的深孔钻,换热器管板的深孔加工是一种难度大的关键技术,到目前为止,随着各产业项目的引进和发展,深孔加工也处于不断改进、提高阶段,其特殊性体现如下:

孔深度与孔径比较大(一般≥10,甚至可达100以上,核电产品中深度和孔径比可≥ 50),钻杆细,钢性差,工作时容易产生偏斜和振动,孔精度及表面质量难以保证;切屑量大而排屑通道长,若断屑不好,堵屑钻头损坏,孔加工质量难以保证;钻头在近似封闭情况下工作,工作时间长,热量不易排出,钻头极易磨损。而工研所开发的Φ16.28-Φ25.35等多种规格的管板钻,在核电、锅炉、化工行业的管板加工试验取得了较好的效果。


25 成都工具研究所针对轴承行业的解决方案

    成都工具研究所展示了他们针对轴承行业的解决方案(图25)。轴承的制造一般批量非常大,一些在常规加工中用通用刀具和走刀程序完全可以加工的形状但在轴承行业不得不用成形加工的方法来解决。

工研所经过20多年的努力,已经具备了给轴承制造客户提供从刀具材料选择到全套加工方案的能力。他们生产的金属陶瓷轴承成型刀具,主要用于轴承套圈加工上的成型加工,主要加工套圈的滚道、密封槽、倒角、大小油沟等。目前主要为轴承套圈车加工自动线配套,可为各种型号的深沟球轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承及其他类型的非标成型车加工及数控车加工提供全套解决方案。

 

u  成都成量工具集团有限公司


26 成都成量多种专用丝锥

 

作为以前习惯生产量大面广产品的成都成量是一家国内的传统大型工具制造厂,这次他们在展会上推出了一系列的专用丝锥。

26左是他们展出的奥氏体不锈钢专用螺尖丝锥,它采用国外进口材料;采用针对性参数设计、结合刃口钝化技术,并使用国际先进高精度数控机床加工,既能克服不锈钢韧性大,导热性差,强度高,膨胀系数大冷硬趋势强等特性,又保证丝锥几何尺寸的一致性和稳定性;采用国外先进涂层技术,其优异的涂层结合力可显著增强丝锥耐磨性、提高丝锥寿命,而微合金化涂层可明显改善红硬性,减少高速切削环境下的刃口磨损。

26右是加工中心铸铁专用丝锥,适用于在加工中心上以较高的切削速度(可达3035m/min)加工材质为铸铁类(包括灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁)的发动机缸体、缸盖的内螺纹加工。据成量介绍,相比普通丝锥,铸铁专用丝锥有转速高、寿命长、刚性好、稳定性好等特点,其性价比优于国外品牌同类型丝锥。

 

u  汉江工具有限责任公司


27 汉江工具高速钢车齿刀

 

所谓车齿,就是由图1的车齿刀代替啮合中的螺旋齿轮副中的一个,并沿工件轴线移动的方法。据汉江工具介绍,它的切削运动特征有两个,一是运动与轴向剃齿相同,二是刀刃上同一点的工作角度在切削过程中变化。从开始参与切削时的正前角,变为绝对值较大的负前角。


28 汉江工具小直径加长杆式滚刀

 

汉江工具的小直径加长杆式滚刀(图28)主要用于汽车变速器齿轮生产线,大批量的滚齿加工。相对于传统滚刀而言,它直径小,滚齿的切入和切出的空行程时间缩短。

同等轴向进给量条件下,滚刀转速可以提高。滚刀加长后,窜刀次数增多了:滚刀单次修磨后,加工的齿轮件数多,寿命长,两次修磨之间的时间变长。从环保的角度,这种滚刀是干切,可以不用切削液,由风冷即可,这也减少了废液的处理成本。这些都有利于提高生产效率,也把无人值守的自动生产线变为现实。


29 汉江工具斜(直)齿剃前修缘插齿刀

 

29是汉江工具斜(直)齿剃前修缘插齿刀,它主要用于剃前或磨前齿轮的双联或多联外齿轮,或齿顶倒角的内齿轮插齿加工。与传统相比,被插齿轮的倒角和挖根更精准,更一致。齿轮的设计再也不受螺旋角的限制,设计空间和裕度更大。

 

u  北京仁福技贸有限责任公司


30 北京仁福的各种非标铣刀

 

北京仁福是一家既从事刀具贸易(代理瓦尔特刀具和翰默刀柄),也从事非标刀具制造的企业。

    标刀具上主要覆盖铝合金加工(图30)、钛合金加工(图30)和不锈钢加工;既有针对3C行业的一些特殊刀具(图30)也有其它一些各式各样的非标铣刀(图30和四);既有直径达32mm的整体硬质合金铣刀(图30),也有小尺寸的微小径(图30)刀具。

    对客户需要开发和制造各类铣刀。仁福介绍说,有个案例是客户铣削的长径比并不需要常规的标准长度,他们就会缩短刀具长度以增加刀具刚性,从而也提高了刀具的寿命;在这些刀具的各项几何参数和表面质量上追求与客户需求相适应的改变,都取得了很好的效果。最小钻头直径已经可以达到0.1mm

 

u  PRO-MICRON GMBH & CO.KG


31Pro-micron公司的SPIKE无线切削状态测量系统

 

德国pro-micron公司是一家专注于工业无线解决方案的公司,SPIKE是其无线动态切削力测量系统产品(图31),它创新性地将传感器安装于刀柄上,直接在加工过程中将测量的动态切削力(轴向力,扭矩和弯矩)数据无线实时地传输到电脑,独一无二地用更敏感的弯矩作为切削力主要指标,并用专利的极坐标图形来表现弯矩的实时变化,可以直观看到每个切削刃的实时状态。

配套功能强大的软件不仅采集,储存数据,还可将采集的切削力数据进行各种对比分析,快捷创建直观的分析报告,基于此进行离线分析,过程优化,程序优化,切削参数优化,预测和优化刀具寿命等,高级版可以实现与机床系统集成,用spike_kpi进行在线分析和监测,实现自动换刀和停机。

 

    偌大的CIMES2018,令人目不暇接,在展海拾贝,只能挂一漏万。CIMES愿与您一路同行,共同努力,为中国机床的梦想成真,绘上重彩一笔,把更好的展品及服务奉献给CIMES2020

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