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刀具研發趨勢

2019-11-4 來源：瓦爾特作者：-

減少二氧化碳溫室氣體排放已成為全世界的目標。現在許多地方都在討論征收二氧化碳排放稅。德國政府設定了自己的目標，即到2030年，德國的二氧化碳排放量將減少55％。由于新的領域不斷涌現，而人們又要適應現有領域，上述要求也對加工刀具的研發產生了相當大的影響。這是因為現在比以往任何時候都更需要替代驅動器、更新更輕的材料，以及節省能源和資源的理念。研發人員看到了對刀具、新涂層、新加工策略和數字化解決方案進行設計修改的巨大潛力，這些設計修改可實時響應現有框架下的各種條件。

圖片1：瓦爾特技術中心

圖文說明：瓦爾特正在位于圖賓根的技術中心研發未來的創新項目。

坡走銑刀可延長刀具壽命高達200％

當前的趨勢是用于新型輕質鋁-鋰合金。這些材料很快會壓倒傳統刀具，占有絕對優勢。因此，此類應用的專用高性能刀具的需求將不斷增加。

例如，由鋁合金制成的飛機部件的加工量通常高達90％。根據所需的零件幾何形狀，需要從金屬上銑出許多坡口和腔體，以確保穩定性，并減輕重量。為了經濟高效地生產高質量零件，需要使用高速切削（HSC）工藝對零件進行加工，切削速度最高可達3000 m/min。切削參數太低會導致積屑瘤，從而導致快速磨損和頻繁換刀。由于較長的機床運行時間，所以成本較高。因此，專門從事鋁加工的機床營運商有充分的理由要求其刀具獲得高于平均水平的切削數據和刀具壽命，以及特別高的加工可靠性。

通過設計M2131坡銑刀，瓦爾特的刀具研發人員已經證明了如何應對這些復雜的要求。90°銑刀配備了新型的可轉位刀片，其牌號為WNN15。這是一種全新的PVD涂層, 使用“HIPIMS方法”制造。HIPIMS表示“高功率脈沖磁控濺射”，這是一種基于磁控陰極濺射的技術。這種物理涂層工藝的獨特特點是形成一層極其致密的平滑PVD涂層，這種涂層可降低摩擦力和積屑瘤的傾向。同時，這種方法提高了切削刃的穩定性，并增加了后刀面磨損的抵抗力，從而實現了最大的金屬去除率。現場測試已經證實，與標準類型相比，HIPIMS可轉位刀片很有優勢。刀具壽命延長了200％。瓦爾特的銑削高級產品經理Wolfgang Vötsch說：“用于加工鋁合金的高性能刀具需求正在不斷增長，特別是在航空工業和汽車行業，需求越來越多。”

動態銑削–專注效率的銑削策略

圖2：動態銑削

圖文說明：動態銑削策略需要合適的工件、銑削刀具、機床和CAD/CAM系統

許多行業（特別是供應行業），都面臨著提升加工穩定性、加快加工速度、降低加工成本、確保加工質量的壓力。在要求加工可靠性和成本效率的要求同時，還對表面質量和尺寸穩定性做出同樣嚴格的要求。此外，對輕質或耐熱材料的需求也在不斷增長。但是，由于這些性質，來自ISO M和ISO S材料組的這些材料通常都很難精確加工。

動態銑削為此領域提供了解決方案，同時確保了生產效率和加工可靠性。這就是為什么越來越多的金屬加工公司都依賴這種方法的原因。

高性能切削與高動態切削

高性能切削（HPC）與高動態切削（HDC）之間的區別是銑刀的運動和受力不同。在高性能切削過程中，銑削刀具運動時，切深相對較小；而在高動態切削過程中，CAD/CAM控制系統沿著加工工件形狀期間刀具運行的路徑進行控制。這樣可防止或至少可減少非切削時間。而且，高動態切削的切削深度比在傳統高性能切削中要大得多，即行程距離減小，因為可以使用整個的刀具長度。

高性能切削過程中的包絡角往往很大。因此，過程中的受力也很大。這樣會加快刀具和機床主軸的磨損。另一方面，動態銑削的特征在于加工穩定性高、刀具使用壽命長。通常來說，高動態切削所選用的包絡角很小，即刀具和機床的受力比高性能切削要小得多。與高性能切削相比，高動態切削具有較高的切削參數、較小的非切削時間和較大的加工穩定性，所以其金屬去除率非常高。

自適應進刀控制：使用實時參數進行切削參數優化

長期以來，自動化、數字化和聯網工藝一直得到很多金屬加工領域廣泛應用，非常普及。特別是，用于收集和分析實時數據的硬件和軟件在性能上產生了巨大的飛躍。

Comara iCut軟件工具證實了這種工具如何為優化工藝提供的眾多機會。自適應進刀控制實時分析輸入的機床數據并相應地對加工進行調整。這回答了許多用戶的一個關鍵問題。即在不對工藝進行重大更改或執行復雜的重新編程工作的情況下，如何充分發揮機床的效益？

圖3：Comara iCut

圖文說明：iCut根據切削條件動態調整進刀量。這樣可縮短單件的生產時間，從而提高加工可靠性。

i Cut軟件可大大縮短單件加工時間。該軟件已與現有的控制程序集成，并將該程序中的數據應用于加工過程。在切削第一刀期間，iCut會“學習”主軸的空轉輸出以及每刀的最大切削效率。隨后，它最多測量主軸輸出500次每秒，并在每種情況下自動調整進刀量。也就是說，機床始終以每種刀具的最大進刀量運行。如果切削條件發生變化（切削深度、加工余量、磨損等），iCut會實時調整速度和輸出。這不僅對工件的加工時間有積極影響，而且優化的銑削特性還提高了加工可靠性。作用在主軸上的力更加恒定，還延長了刀具的使用壽命。如果有斷刀的危險，iCut會立即減少進刀量或完全停止動作。瓦爾特數字化解決方案經理Florian Böpple說：“使用我們iCut的客戶，其加工效率已經實現了驚人的提高。如果加工工序兼容，則加工時間可縮短10％。我們已經設法將加工時間再縮短一半。當數量很大時，這將騰出大量的機床加工能力。”此外，無論是否使用瓦爾特刀具，此方法都有效，只需滿足機床的系統要求即可。

使用“Xtended技術”銑削

瓦爾特最近展示了全新一代Xtra•tec®XT銑刀的潛力。他們將設計改進與高性能切削刀具材料結合在一起。也就是說，其重點關注的是提高生產效率和加工可靠性。最引人注目的設計特點是可轉位刀片的安裝位置，其傾斜度更大，接觸面更大。這降低了刀座的表面壓力，同時增加了穩定性。較大的螺釘孔橫截面使可轉位刀片更加穩定，而較長的螺釘將其更牢固地固定到位。刀體更加結實，刀片座后面的支撐材料更多。

圖4：Walter Xtra•tec® XT方肩銑刀