Tools play a close role in improving productivity, efficiency and workpiece quality. Lets check out the enormous benefits that advanced tools can bring to the actual production processes.
加工叠层材料的系列钻头
随着航空航天业的飞速发展，越来越多的轻型材料，如碳纤维复合材料以及复合材料与钛合金、铝合金的叠层材料被广泛地应用在飞机制造业，同时也对需要使用高强度、高韧性刀具的切削提出了具有挑战性的要求。
针对轻质材料研发适用钻头
针对这些轻质材料如碳纤维复合材料、铝合金、钛合金以及其复合叠层等构成的工件的加工，MAPAL的技术团队研发了一系列具有针对性的先进的刀具，包括钻头、铣刀等。
在这些现代材料上钻孔，MAPAL研发了特殊的槽型钻头、高效能的金刚石涂层以及节省成本的快换式TTD钻头。据MAPAL工程师介绍，TTD产品具有以下显著优势：
具有整体硬质合金钻头同样的性能和质量；
最小化的硬质合金材料消耗，显著降低刀具成本；
鼠齿盘连接保证高的扭矩传递能力和定位精度；
优化内冷设计，确保长效的刀具寿命；
刀头装卸快捷方便（在主轴上可完成刀头的更换）；
灵活应用广泛（同一刀杆可满足三种形式刀头的配合加工）；
4条导向刃带确保良好的定位精度，最佳同心度和直径公差。
让稳定性和精度最大化
快换式TTD钻头
MAPAL研发此系列产品是为缓解刀具原材料价格上涨所带来的压力，使用MAPAL可换刀头钻头，可优化生产工艺并提高加工效率。
与可换刀片式钻头相比，在同等情况下可换式刀头钻头可达到与整体硬质合金钻头一样的孔加工质量。此外，得益于针对孔加工最优化的切削刃设计，可提高切削速度以缩短加工时间。这意味着相对于整体硬质合金钻头，TTD钻头在得到相同加工质量和精度的同时缩短了加工时间，也降低了刀具成本。
可换刀头式钻头运用了快速更换的头部设计，可以有限修磨。这种设计保障了高效加工中的可靠性，无需调整切削参数，也不用费力去调整修磨后的钻头，同时消除了物流机库存所带来的成本压力。
可换式刀头 TTS 100
可换刀头式钻头的标准系列产品直径为12-45.49mm，长径比1XD、3XD、5XD、8XD和12XD，同时可提供01型加工钢和铸铁、02型加工不锈钢、03型加工有色金属三种不同形式的刀头。
减少材料重量的同时保持稳定性的关键在于，越来越多的现代材料的应用方案。产品的轻量化设计，特别是对纤维复合材料和（碳纤维金属多层复合材料）多介质系统的材料的轻量化，正在汽车制造行业中得到普遍应用。而这种市场需求，来源于航空航天工业的发展。轻型材料的设计在电动流动的设计概念也起了关键作用。在风力发电机组出现的同时，轻型材料也得到广泛应用，并在机床、工业机器人和消费领域越来越普遍使用。在与客户的深入合作中，以航空业为例，MAPAL研发出了一系列全面的刀具，用于现代材料的稳定加工。
山特维克可乐满：高质高效的齿轮铣削方案
在Heller加工中心上使用山特维克可乐满的标准刀具车铣齿轮的外轮廓
采用配备标准可转位刀片的专用山特维克可乐满标准铣刀仅需几步即可完成高性能的齿槽粗加工。
作为机械工程中最复杂的零件之一，加工弧齿锥齿轮往往需要专用的机床和刀具。对制造商而言，最显著的缺点在于其昂贵的机械成本，其中涉及大量的编程时间。特别是加工弧齿锥齿轮不能像大批量生产那样尽快地收回投资，对中小批量生产具有很大影响。为了满足客户在持久耐用和价格方面的需求并由此保持竞争力，齿轮制造商也日益迫切地需要确保他们的生产过程高产、高效且具有最高质量。
无论是采用专用切削头和昂贵的特种机床，还是在五轴加工中心上使用立铣刀，最广泛使用的是齿轮铣削应用方面的各种制造工艺。这些工艺复杂且成本又高，但是又存在改进的巨大潜力。
发现并挖掘生产潜力
为了挖掘这种潜力，德国VOITH Turbo公司的生产主管Wolfgang Huetter与山特维克可乐满及另外一家合作供应商Heller展开合作，携手应对挑战。Huetter表示：“持久耐用的高效解决方案必须消除两种工艺当前的不足之处，再综合其优点，打造出能够显著改进中小批量锥齿轮生产的新型解决方案。” nextpage
机床解决方案在于使用灵活的五轴加工中心，而非专用机床。采用这种解决方案，制造商也能执行其他切削工序和加工不同的零件。为了降低刀具成本，应侧重于可灵活用作专用成形铣刀的切削刀具。在这种情况下，值得考虑的唯一刀具是可配备标准可转位刀片的标准刀具。除可降低成本和确保柔性加工满意度的机床和刀具配置之外，最佳的解决方案必须确保能够满足所需的质量水平，并获得最大限度的可靠性。该解决方案也应确保提高金属去除率并由此缩短加工时间，特别是在软切削期间。在项目实施的过程中，合作伙伴们打破常规，另辟蹊径。尽管齿轮铣削是优化措施的重点，但软切削的整个工艺链令人怀疑，需要重新进行评估。随后相关各方达成该研发项目的重要目标——应主要通过提高金属去除率来实现生产效率和成本效益的提高。此次协作的结果是“uP-Gear技术”，目前已提出专利申请。
营造理想的工况
在研发过程中，首先处理的是粗加工切削，采用标准铣削刀具，进给率2,000 mm/min以上，这样金属去除率可高达400 cm3/min。由此而产生的切削压力使机床承受较大的负载，此外工件可重达数百公斤。选择机床时，其规格必须足以承受相关的负载条件，规格包括刀具、主轴和工件夹紧的刚性。
首选是Heller公司具有五轴联动加工能力的高性能加工中心，它的高稳定性和高性能可为提高产出潜能提供最佳的工况。机床控制器中集成了用户友好的NC程序，便于输入齿轮参数。这样一来，就无需在CAD/CAM中执行外部编程。操作员使用参数化的输入可以方便地作出任何必需的修正。交替加工箱体、锥齿轮和其他零件时，也能够实现无故障生产，此时对机床具有更高的柔性和性能要求——其中可使用托盘或机器人自动化进一步增强。
从第一道切削工序开始，uP-Gear技术就贯穿其中。在先前的切削工艺中，工件的外轮廓首先在车削中心上进行切削，需要两次单独的装夹。但是现在，这些工序已转换为在加工中心上进行车铣。这意味着锥齿轮外轮廓和螺旋齿仅需两次装夹即可完成加工。一个受欢迎的红利效应是锥齿轮轮廓和齿型之间可获得绝对同心度。这样可显著改进成品零件的质量并节省加工时间。
作为合作伙伴，山特维克可乐满提供了各式刀具和丰富的车铣经验，这样就能广泛使用其切削参数不亚于先前车削工序的标准刀具。整个切削过程意味着停工时间更少、装夹和传送时间更短以及机床利用率规划更为简单。
重新定义切削步骤
下一道切削步骤，即铣削齿轮齿槽也完全经过重新设计。先前采用立铣刀进行铣削，需要多次走刀。与其相比，配备可转位刀片的标准铣削刀具（用于uP-Gear方式）的金属去除率相当高。这样一来，就能获得较先前立铣削而言更高的加工率，并且加工时间也大大缩短。需要加工的材料量很大时，首选刀具为配备可转位圆刀片的标准铣削刀具。对于弧齿锥齿轮的齿槽粗加工而言，采用这种新开发的加工方法，现在也能够兼具技术和经济优势。
同一把精加工刀具可用于加工凸凹两种齿侧面。配备标准可转位刀片数有所增加的单刃铣刀可显著缩短加工时间
齿槽基底无接刀痕加工及过渡到齿侧面是锥齿轮加工的重要质量特性。该质量要求也适用于根切加工。这种新解决方案即配有标准可转位刀片的适合根切铣削的空心铣刀，不仅仅能满足这些要求，而且还具有其他好处，与先前的立铣削相比，显著缩短了加工时间。
可持续的解决方案
为锥齿轮加工开发新型铣削刀具时，需特别重视车间兼容性、稳定性和效率。在各种情形下，铣削刀具的直径和刀片数应互相匹配才能获得高水平的性能。新的uP-Gear加工工艺，再加上有利的机床控制，这意味着以前使用的定制的非标刀具现在能够用配有标准可转位刀片的通用铣刀取代。
新工艺不仅仅实现了项目启动时设置的目标，更大大超越了既定目标。在完成一定批量的锥齿轮（模数15）加工后，新工艺的好处就能清晰地凸显出来：只需两次装夹即可完成软切削，并且所需的加工时间大大缩短；批量生产期间由于没有干扰，因此在测量机床上对软切削的锥齿轮进行后续检查后发现，齿轮质量一直都很高；采用新工艺时操作员能方便地使用修正值，而无需“调刀卡”，为机床操作员提供决定性的好处；更高的柔性使加工成本显著降低，由此拉低了投资成本。高性能的标准刀具不仅具有更长的刀具寿命，而且可提高生产效率。此外，实现了一定程度的自动化，部分时候可以无人值守生产。nextpage
在成功的鼓舞以及项目参与各方的共同推动下，下一步优化已在进行之中。接下来关注的领域是淬硬零件加工，其中采用新的uP-Gear工艺已经使加工结果得到显著提高。其他项目处于规划阶段，例如实现修正后的齿轮齿形、加工具有轴向偏差的锥齿轮以及铣削冠状齿轮。
伊斯卡：HPC刀具实现难加工材料的高效加工
伊斯卡的JETHP系列标准的专属高压冷却刀具
在车削难加工材料方面，伊斯卡采用HPC刀具取得了一系列进展：在常规冷却下，用伊斯卡粗车刀片合金牌号IC6015加工316L不锈钢，每切削刃加工工件数从4件增加到10件，而且切削效率提升了20%。采用伊斯卡IW7晶须增强陶瓷刀片，也使车削硬高温合金得到改善，特别是在粗加工应用中。事实上，在粗加工及半精加工应用中，此类刀片寿命比硬质合金刀片高出8-10倍。新陶瓷刀片可承受因切削速度高而产生的高切削热，该切削热可软化被加工材料，比如钨铬钴合金。即使应用于无人值守情况下车削超级合金，该刀片也表现出出色的可靠性。
新刀具大显身手
伊斯卡IC 6015刀片，设计了M-型高强度卷屑槽，采用束魔技术（SUMOTEC）进行CVD涂层。在稳定的切削条件下，IC6015刀片在对 M10-20材料进行精加工/连续切削的加工表现中，刀片的抗剥落性、抗崩刃性得到改善。全系刀片采用了带后涂层处理的束魔涂层技术，该技术由伊斯卡首创，通过实践证明刀具性能较原来的涂层及应用提高了30%。伊斯卡随后将推出的IC6025牌号，具有与IC6015类似的特性，适合于对 M15-25材料进行粗加工或断续加工。
伊斯卡推出的螺旋刃立装刀片（HELITURN）及螺旋刃平装刀片（HELITURN LD），具有大正前角、螺旋切削刃、大进给且是双面，适合于车削不锈钢、镍基合金、钛合金。螺旋刃平装刀片带锋利切削刃、HM或M4MW高强度卷屑槽，这使得其在加工粘性材料时，与其他刀片具有较大优势。螺旋切削刃使得进刀退刀轻快，帮助减少刀片在此环节中的破损。大正前角被证明可降低切削功率 10%，这还不涉及对生产率和切削刃寿命的优化。
此外，伊斯卡的IW7晶须陶瓷新牌号，可用于超级合金的粗加工、半精加工。超硬的氧化铝基体，保障了其在加工淬硬材料时表现出高的耐磨性；结合SiC晶须，更增强了陶瓷刀片的抗冲击韧性。此刀片还可承受因高速加工导致切削区域产生高的切削热，该切削热甚至可软化被加工材料。来自加工Inconel 718、镍基耐热合金等高温合金材质涡轮盘的报告显示，相比于其他陶瓷刀片，采用此加强陶瓷刀片使得加工效果得到了实质性的改良。
“高压冷却——就绪”刀具
如今，“高压冷却——就绪”专属刀具已经越来越被广泛接受。在刀具供应商为客户订制特殊几何形状和物理特性的非标产品，为难加工材料进行高压冷却生产时，标准的专属高压冷却刀具，例如伊斯卡的JETHP系列，也已经实现了同样的功能—冷却液流经贯穿刀具的冷却通道，从喷嘴密集喷射出似激光束的射流，直达切削区域及第二剪切区。这是非常严苛的。在此，冷却液实现冷却、润滑，形成“液压楔”，最终体现在对切屑的可控性上，破碎切屑至均匀的短小屑、C-型屑。而冷却液由冷却泵抵达切削区域的过程中，对刀具及刀片也起到了冷却作用。真正的高压冷却刀具的冷却液压力范围在70-300 bar。
要获得最佳切削性能必须采用高压冷却刀具；而带冷却通道的标准刀具，不足以胜任此任务。打个比方，高压冷却与常规冷却的区别，就如同采用电动喷枪与使用花园水管喷水的差距。两者的差异主要体现在冷却射流从喷嘴喷出后，是如何精准地定位射流喷射点的以及喷嘴直径上（该尺寸决定了对喷射点产生正确的冷却液压力）。
由经验获得的好处
伊斯卡针对难加工材料加工提出了众多解决方案，可大幅提升生产率；并能为新进入者，提供相关建议：
1、采用硬质合金刀具。陶瓷刀片和CBN刀片在高压冷却加工中，性能提升并不十分显著。
2、冷却液需流经刀具。不要用传统冷却形式，试图实现高压冷却射流。这只会带来麻烦，并可能伤及操作人员；违背了高压冷却加工的初衷，未获得高压冷却所带来的益处。
3、如果你需要更大的冷却液压力（当冷却液汽化、蒸发，导致冲刷切屑的冷却流量不足），请加大冷却液流量，而不是增大冷却液压力。这是经济有效的措施。
4、如何估量冷却流量需求？经验数据是0.5 gpm/马力。也就是说，在高压冷却加工中，切削功率为10马力，所需冷却液流量为5加仑/分钟。
