可轉(zhuǎn)位刀具VS整體式刀具

    對(duì)于美國Classic Turning公司的工具庫經(jīng)理John Greenman來說，整體硬質(zhì)合金刀具的主要問題是顯而易見的：“如今硬質(zhì)合金刀具的價(jià)格有點(diǎn)離譜，我每次訂購硬質(zhì)合金刀具的價(jià)格似乎都要比上一次更高。”這種現(xiàn)狀已成為變革的主要?jiǎng)訖C(jī)。他說，“今后我們將優(yōu)先考慮采用新型可轉(zhuǎn)位刀具。現(xiàn)在我們?nèi)栽诖罅渴褂谜�體硬質(zhì)合金刀具，可轉(zhuǎn)位刀具的比例只占約 35％，但無論何時(shí)，只要有新的可轉(zhuǎn)位刀具上市，我們都將嘗試使用。”

　Greenman的觀點(diǎn)不無道理。市場(chǎng)報(bào)告表明，在過去2 年里，由于制造硬質(zhì)合金的原料仲鎢酸銨（APT）粉料的價(jià)格飛漲，致使整體硬質(zhì)合金刀具的價(jià)格暴漲了60％～70％。對(duì)于直徑大于13mm的整體硬質(zhì)合金刀具，其價(jià)格呈指數(shù)規(guī)律上漲。而另一方面，可轉(zhuǎn)位刀片的價(jià)格則相對(duì)穩(wěn)定。 　　　　    刀具成本以及其它一些因素導(dǎo)致刀具用戶對(duì)可轉(zhuǎn)位刀具以及其它可換刀片式刀具刮目相看。倡導(dǎo)者列舉了可轉(zhuǎn)位刀具的各種優(yōu)點(diǎn)，如加工柔性好，使用方便，生產(chǎn)率高，庫存要求低，可減少（或取消）換刀、重新對(duì)刀和調(diào)整等。

　一些接受采訪的刀具制造商和機(jī)加工車間表示，使用可轉(zhuǎn)位刀具已是大勢(shì)所趨，這種趨勢(shì)在過去2年里進(jìn)一步加速發(fā)展。他們用“穩(wěn)定”或“略有增長”來描述整體硬質(zhì)合金刀具的銷售情況，而可轉(zhuǎn)位刀具年銷售額的增長幅度卻高達(dá)50％～200％。   　　

    但是，這并不意味著整體硬質(zhì)合金刀具的末路。在許多加工領(lǐng)域——包括模具加工——仍然需要使用整體硬質(zhì)合金刀具。使整體硬質(zhì)合金刀具成為首選標(biāo)準(zhǔn)的許多優(yōu)勢(shì)——如高剛性、低振動(dòng)等——如今依然存在。

　Kennametal公司的全球銑削產(chǎn)品經(jīng)理Tim Marshall并不認(rèn)為原材料價(jià)格上漲是整體硬質(zhì)合金刀具受到冷落的唯一原因。他說：“我認(rèn)為用戶選用小直徑可轉(zhuǎn)位刀具的原因是在尺寸規(guī)格上可以有更多的選擇余地。”

　Greenleaf公司的市場(chǎng)公關(guān)經(jīng)理Bill Greenleaf認(rèn)為，硬質(zhì)合金價(jià)格高漲為可轉(zhuǎn)位刀具（如Greenleaf公司的陶瓷刀片）的應(yīng)用創(chuàng)造了新的市場(chǎng)空間，“價(jià)格驅(qū)動(dòng)是一個(gè)因素，但是，對(duì)提高生產(chǎn)效率的需求或許才是更主要的原因，”Greenleaf說，“我不認(rèn)為用戶用我們的可轉(zhuǎn)位陶瓷刀具替換整體硬質(zhì)合金刀具僅僅是為了降低成本，用戶們主要還是希望能夠提高生產(chǎn)效率。當(dāng)然，這些用戶也很高興地發(fā)現(xiàn)，與硬質(zhì)合金刀具相比，可轉(zhuǎn)位陶瓷刀具價(jià)格更穩(wěn)定。”

　可轉(zhuǎn)位刀片和其它刀片之所以受到用戶歡迎，其生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)是最主要的因素，因?yàn)榈毒叱杀驹诩庸た偝杀局兄徽己苄∫徊糠郑�約2％～3％）。Ingersoll刀具公司的產(chǎn)品經(jīng)理Bob Jennings認(rèn)為，用可轉(zhuǎn)位刀片和其它刀片替代整體硬質(zhì)合金刀具，可以大大縮短更換切削刃所需的工時(shí)，從而使加工時(shí)間最優(yōu)化。例如，更換整體硬質(zhì)合金鉆頭時(shí)，操作者需要取下用過的鉆頭，裝上新鉆頭或重磨過的鉆頭，然后重新調(diào)整機(jī)床程序，觸測(cè)工件并重新設(shè)定Z軸，這一過程需耗時(shí)30分鐘左右。而使用可換鉆尖式鉆頭時(shí)，操作者只需用1～2分鐘更換鉆尖，即可重新開始加工。

    此外，Classic Turning公司的Greenman認(rèn)為，可轉(zhuǎn)位刀片是小切深加工的首選方法，“只要是需要制備切削刃的加工，你肯定愿意使用可轉(zhuǎn)位刀具而不是整體硬質(zhì)合金刀具，因?yàn)榧庸で皩?duì)整體硬質(zhì)合金刀具的切削刃進(jìn)行鈍化處理需要耗費(fèi)大量時(shí)間，而使用可轉(zhuǎn)位刀具只需裝上一個(gè)新刀片就行了。”

　位于俄亥俄州的瑞士式加工制造商N(yùn)orthern Precision公司所使用的切削刀具中，可轉(zhuǎn)位刀具已占到85％。但是，該公司總裁Howard Jarvis仍在繼續(xù)努力降低整體硬質(zhì)合金刀具的使用比例。“我們一直在使用可轉(zhuǎn)位車刀和切槽刀片。但對(duì)于立銑刀，我們現(xiàn)在所能做的就是盡量使用短小型整體硬質(zhì)合金立銑刀，以減少需要購買的硬質(zhì)合金用量。”Jarvis說，“我們希望獲得盡可能短的立銑刀，但我們還無法真正嘗試使用可轉(zhuǎn)位鉆頭，因?yàn)槿鹗渴綑C(jī)床上使用的鉆頭直徑非常小。”

　Ingersoll刀具公司的銑刀產(chǎn)品經(jīng)理Konrad Forman認(rèn)為，目前的發(fā)展趨勢(shì)是可轉(zhuǎn)位刀具的使用在不斷增多，并在不斷開發(fā)減少使用整體硬質(zhì)合金的新型刀具。他說，“在傳統(tǒng)的可轉(zhuǎn)位刀具產(chǎn)品中，我們已經(jīng)看到了采用單排可轉(zhuǎn)位立銑刀的趨勢(shì)。雖然這種可轉(zhuǎn)位立銑刀在單排方向上的切削長度不如整體硬質(zhì)合金立銑刀，但其每齒進(jìn)給量卻可以大大超過整體式銑刀。我們公司已進(jìn)一步采取措施，制造16mm、19mm和25mm的長刃刀具。這些可轉(zhuǎn)位刀具已與整體硬質(zhì)合金刀具展開了“白刃戰(zhàn)”，并正在非常漂亮地贏得這場(chǎng)戰(zhàn)役。”

　Forman也提倡使用新型可轉(zhuǎn)位刀具，例如可更換硬質(zhì)合金刀頭的鉆頭和立銑刀，這種模塊式刀頭通過螺紋旋接到硬質(zhì)合金或鋼制刀柄上。“這些刀頭可采用稍大的切深（13mm或16mm），看起來確實(shí)很像是整體硬質(zhì)合金立銑刀的一部分。”Forman說，“它們的精度很高，其軸向和徑向重復(fù)性可達(dá)0.013mm。此外，由于刀頭非常�。ㄅc整體硬質(zhì)合金刀具相比），因此刀具成本要便宜不少。”

　加工循環(huán)時(shí)間的縮短是使用可轉(zhuǎn)位刀具能提高車間生產(chǎn)率的另一個(gè)原因。“我們可以證明，用可轉(zhuǎn)位陶瓷刀具取代整體硬質(zhì)合金立銑刀能顯著縮短加工循環(huán)時(shí)間，”Greenleaf說，“例如用整體硬質(zhì)合金刀具加工時(shí)，必須首先在工件較軟的狀態(tài)下完成大部分粗加工，然后將工件送去熱處理后，再重新裝夾并用整體硬質(zhì)合金立銑刀完成精加工。我們推薦在一次裝夾中用陶瓷刀片進(jìn)行硬銑加工，然后用硬質(zhì)合金刀片完成精加工。在同一把刀具上采用可轉(zhuǎn)位刀片就可以做到這一點(diǎn)。”

　Ingersoll刀具公司的Jennings非常關(guān)注刀具流動(dòng)問題。整體硬質(zhì)合金刀具需要重磨和重涂。在加工車間，可能有4根鉆頭在機(jī)床上，4根備用鉆頭在刀具室里，另外4根鉆頭在送去重磨的途中，還有4根鉆頭正在重磨。“同一加工需要的整體硬質(zhì)合金鉆頭數(shù)量可能比可轉(zhuǎn)位刀具系統(tǒng)多3～4倍，可轉(zhuǎn)位刀具只需有1把在機(jī)床上，1把備用，然后準(zhǔn)備幾盒刀片就行了。”Jennings說。

使用可轉(zhuǎn)位立銑刀與整體硬質(zhì)合金立銑刀的比較

可轉(zhuǎn)位立銑刀—整體硬質(zhì)合金立銑刀

面銑切削：粗加工和精加工—精密切削

用于大功率、高剛性機(jī)床—用于小功率、輕載荷機(jī)床或老式、低剛性機(jī)床

多工序粗切加工，開放公差，對(duì)表面光潔度無特殊要求—要求高光潔度、低表面粗糙度

用于較大直徑刀具—用于32mm及更小直徑刀具，加工多個(gè)直徑時(shí)需采用軸切

　雖然整體硬質(zhì)合金刀具較高的價(jià)格可能增大了人們對(duì)選用其它刀具的興趣，但在更換刀具時(shí)仍需綜合考慮。例如，鉆削加工時(shí)，被加工孔的加工要求——而不僅僅是刀具成本——對(duì)于選用可轉(zhuǎn)位鉆頭還是整體硬質(zhì)合金鉆頭有著最重要的影響。在許多情況下，需要選用整體硬質(zhì)合金作為刀具材料�？赊D(zhuǎn)位刀具有一定的尺寸限制，有些刀具公司生產(chǎn)直徑12.3mm以上的可轉(zhuǎn)位立銑刀和鉆頭，而其它一些公司則可以生產(chǎn)直徑小于6.35mm的可轉(zhuǎn)位刀具。

　肯納公司孔加工團(tuán)隊(duì)的高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Chet Parzick指出，盡管可轉(zhuǎn)位鉆頭能改善鉆孔性能，但整體硬質(zhì)合金鉆頭仍然具有加工表面更光潔、尺寸精度更高的優(yōu)勢(shì)。“用戶仍將可轉(zhuǎn)位鉆頭看作是一種能將工件材料從孔中快速切除的刀具。用它鉆孔后，如有必要可再返回進(jìn)行二次精加工。”Parzick說，“在對(duì)成孔的質(zhì)量或尺寸沒有嚴(yán)格要求的前提下，采用可轉(zhuǎn)位鉆頭能降低每孔加工成本�？咨�/直徑比則是另一個(gè)考慮因素，因?yàn)檎�體硬質(zhì)合金鉆頭能鉆削更大的孔深。”

　Greenman也同意，整體硬質(zhì)合金刀具加工的孔光潔度更好。由于整體硬質(zhì)合金的剛性優(yōu)于可轉(zhuǎn)位刀具的高速鋼刀體，鉆孔時(shí)振動(dòng)更小，因此可獲得更好的表面光潔度。

　一些接受采訪的刀具制造商表示，由整體硬質(zhì)合金刀具轉(zhuǎn)而換用可轉(zhuǎn)位刀具在加工操作上并無太大困難，需要注意的主要問題是機(jī)床加工程序的改編。“除非制造商使用的是非常老式的機(jī)床，一般的機(jī)床都能順利完成加工程序的調(diào)整。”曼徹斯特刀具公司下屬OTM的設(shè)計(jì)工程師Matt Neuman說，“對(duì)于旋轉(zhuǎn)刀具的應(yīng)用，有些機(jī)床可能會(huì)受到最大主軸轉(zhuǎn)速的限制，有些機(jī)床或許需要采用熱裝刀柄，以使刀具在高速加工中保持穩(wěn)定。”

   肯納公司的Marshall補(bǔ)充說，可轉(zhuǎn)位立銑刀不斷提高的多功能性使加工編程變得更為復(fù)雜，“大部分可轉(zhuǎn)位立銑刀都能完成斜坡銑削、表面銑削、外周銑削、銑溝或開槽、螺旋插補(bǔ)銑削等，有些立銑刀甚至能在Z軸方向?qū)崿F(xiàn)一定深度的插銑加工。這種多功能性的好處是不再需要多種刀具即可完成對(duì)工件的完整加工。 ”

   肯納公司的Parzick指出，使用可轉(zhuǎn)位鉆頭加工時(shí)，由于大多數(shù)可轉(zhuǎn)位鉆頭只有一個(gè)切削刃，因此切削速度會(huì)提高而每齒進(jìn)給量會(huì)減小。典型的整體硬質(zhì)合金鉆頭有兩個(gè)切削刃，并以較高的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量進(jìn)行切削。“不過，可轉(zhuǎn)位鉆頭每分鐘幾英寸的進(jìn)給率通常比整體硬質(zhì)合金鉆頭的進(jìn)給率高。” 

   在如今的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，制造商必須采用不同的方法來提高生產(chǎn)率。Forman說，“對(duì)于整體硬質(zhì)合金刀具，在確實(shí)需要使用的加工場(chǎng)合，應(yīng)該對(duì)其開綠燈，但也不能總是一成不變。”