傳統(tǒng)車削技術的創(chuàng)新

　　傳統(tǒng)ISO車削技術里的創(chuàng)新和高技術替代方案一樣重要

　　正因為許多講座、研討會和專業(yè)刊物相當關注諸如高硬度材料車削、超精加工、干式和高速車削之類的先進技術，而傳統(tǒng)ISO車削技術里的發(fā)展看起來似乎是停滯不前。但事實卻遠非如此。歸因于例如

　　在工程界所有的事情都圍繞著提高生產(chǎn)率和降低成本�！吧�產(chǎn)率”是在給定時間內(nèi)用現(xiàn)有的生產(chǎn)設施生產(chǎn)的合格產(chǎn)品數(shù)量。獲得這些產(chǎn)品的總成本是材料成本、刀具成本、機床成本、工資支出加上為冷卻、安全、基礎設施等的企業(yè)一般管理費用的合計。

　　如果我們只看刀具，那么提高質量和更高的切削參數(shù)提供增加生產(chǎn)率的機會。通過是用適當?shù)牡毒吆徒档颓邢鲄��?shù)而延長刀具壽命來降低成本是屬于其它的可能因素。盡管刀具成本占總成本的比重較小，不管怎樣增加刀具壽命對于總成本是有正面影響的。情形因切削參數(shù)而不同：名義上增加20%會引起生產(chǎn)成本大幅降低（例如10到15%）而且還明顯增加生產(chǎn)率。如果不管怎樣我們大幅提高切削速度，刀具壽命下降進而我們需要更多的刀具來生產(chǎn)同樣數(shù)量的產(chǎn)品。為了緩和采購人員（采購預算）和生產(chǎn)經(jīng)理（生產(chǎn)率）相互之間的利益沖突，接下來要做的事情就是研發(fā)更高級的刀具和切削材料。

（左圖：TP1000和TP2000形成ISO車削里第二次優(yōu)化浪潮（降低成本和提高生產(chǎn)率）的基礎。優(yōu)化依靠以下三個方面：好的刀具，正確的切削參數(shù)，良好的加工工藝知識。)

    例如象山高刀具TP1000和TP2000這樣的新一代硬質合金材質等級扮演主要角色�，F(xiàn)在既提高切削參數(shù)又延長刀具壽命是可能的。

    針對現(xiàn)有情況的對比試驗顯示--由于使用了TP1000和TP2000生產(chǎn)率至少增加30%而且同時成本降低至少20%。

　　傳統(tǒng)車削

    盡管諸如硬車削（有時也叫做PCBN車削，因為通常最佳切削材料時PCBN）、干式車削（或者最小量潤滑車削）和高速車削等新技術的到來，在多數(shù)工程公司里的車削技術仍然被稱作是傳統(tǒng)的。例如在銑削里實驗日益采用更高切削速度的方法，在車削里僅僅是點點滴滴地使用。那部分是因為所謂的ISO車削的開發(fā)肯定不是停滯不前。這些新發(fā)展的優(yōu)點是在沒有很高初始費用（不必需要新機床或新設施）的前提下確實很快獲得生產(chǎn)率提高并降低成本。我們將簡單地舉兩個例子。

　　Secolor刀片選擇系統(tǒng)

　　（右圖:Secolor系統(tǒng)幫助清晰地了解在某一特定情況下哪種刀片是最佳選擇。所有相關信息（ISO和Secolor）均在山高刀片包裝盒上給出。）

　　讓我們回到90年代初期當山高開發(fā)Secolor系統(tǒng)，將其理念帶入到數(shù)量品種巨大的硬質合金刀片，因為用戶幾乎分辨不輕該選什么型號的刀片。自那時起這種理念得到進一步深化并且還被其他刀具制造商模仿。

　　當涉及到建立硬質合金材質等級和斷屑槽形式可能的應用時，Secolor分類模型形成了解決現(xiàn)存的ISO標準模棱兩可的一個答案。通過使用的工況就可確定選擇什么樣的刀片。針對很大的范圍從技術角度來說是選擇到了最合適的刀片。測試系列決定哪一種刀片和切削參數(shù)是最令人滿意的。一個重要的評判準則還是刀片的刀具壽命。這種處理的結果可能是你持有大量的刀片在庫存里--針對每一種工況都是最合適的。

　　另一方面如果涉及許多小的系列，你將嘗試用有限種的刀片去覆蓋整個使用范圍。對于試驗系列經(jīng)常沒有時間。進一步，你不得不接受技術上最佳的刀片不能使用在每種應用里。于是評判準則就是：庫存和切屑控制。

　　對于一個給定的車削應用使用Secolor系統(tǒng)你就能容易地、系統(tǒng)地并且快速地選擇一種合適的刀片（在技術上性能良好和具備應用范圍廣兩者之間獲得最佳平衡）。這是通過使用三種基本種類的材料（碳鋼、不銹鋼和鑄鐵）和三種加工工況（精加工、半精加工和粗加工）組成的矩陣來實現(xiàn)的。這對九個基本應用里的每一個都因此定義一個推薦的基本刀片。接著在第二階段，這種選擇進一步被優(yōu)化，硬質合金材質等級和斷屑槽形兩者都被考慮進去了。根據(jù)Secolor系統(tǒng)，可行的刀片實際上被標記在刀片包裝盒上。刀片包裝盒上表示了應用的范圍（在九個方塊組成的矩陣里）和基本切削參數(shù)（推薦的切削速度、進給量和切削深度）。

　　多方向車削

    在傳統(tǒng)車削里獲得生產(chǎn)率主要提高的第二個例子是由所謂的多方向車削（MDT）形成的。想法是簡單的：是用一把刀具完成涉及端面和軸向車削、內(nèi)孔和外圓車削、切斷、仿形車削、割槽以及最近增加的螺紋車削在內(nèi)的所有車削加工。具備這種萬能功能的刀片在各個方向都受到交變應力。因此這牽涉到刀片和刀桿之間的完美連接問題。山高已經(jīng)為此選擇了一種頂部V形壓緊同一種鋸齒形刀片接觸表面結合的方案。

（左圖：由于將頂部V形壓緊面同鋸齒形接觸表面結合，山高的MDT夾緊系統(tǒng)使市場上最牢固、最精確的。山高的MDT還代表可靠性。）

    這些保證在換刀片時有一個精確的位置（精確度）和在刀桿里的刀片有最大的穩(wěn)定性。對于安全性、加工能力、工件表面質量、避免振動和重復精度來說，穩(wěn)定性是關鍵因素之一。

　　多方向車削特別適用于有許多不同的直徑、窄槽和輪廓的中小型復雜工件。其典型例子是齒輪箱的軸、曲軸、凸輪軸、接頭等。對于這種類型的復雜工件用一把MDT車刀就能代替一整套其他刀具，其結果是節(jié)約了加工成本。這里還有一個明顯的物流方面的好處：庫存刀具數(shù)量大量下降。

　�。ㄓ覉D：對于有許多不同的直徑、窄槽和輪廓的小型復雜工件來說，多方向車削是一種有優(yōu)勢的技術。）

　　山高的MDT系統(tǒng)包括不同的刀桿基本種類和有很多品種的刀片供選擇：單頭或雙頭；有斷屑槽和無斷屑槽；有不同的刀尖圓弧半徑；有不同的幾何形狀；由不同種類的硬質合金制成；有不同的刀片寬度。

　　（右圖：山高的MDT范圍現(xiàn)在還包括用于螺紋車削的刀片�，F(xiàn)在山高的MDT因此能真正地完成每一種車削加工。）

　　最經(jīng)濟的當然是一種雙頭刀片（刀片的兩端都有切削刃）。如果是應用場合的原因需要整個刀片長度上都要有后角，于是最好選擇單頭刀片。當在低速低進給下應該選擇窄刀片也是重要的。二大切深高進給時推薦寬的刀片。所需的刃口形狀直接和應用有關。例如有針對精加工和切深槽、普通車削和切淺槽、普通仿形車削、切鎖緊環(huán)槽、動態(tài)和靜態(tài)O形圈槽等各種形狀。針對特殊應用山高的MDT系列包括許多特殊形狀和槽形的刀片。最后，你當然可選擇不同的硬質合金材質等級。

　　新的硬質合金材質等級

　　在ISO車削范疇里自從有了諸如山高MDT這樣一種可依賴的系統(tǒng)出現(xiàn)后，MDT車削在早已家喻戶曉的ISO刀具里贏得一席之地�？墒沁@些ISO刀具仍然繼續(xù)扮演一個很重要的角色，即使是僅僅因為它們?nèi)匀淮�表刀具預算里最大的成本項目。目前的趨勢是朝向進一步成本控制，這就是為什么那個領域的開發(fā)是如此的重要。用這些刀具來既提高生產(chǎn)率又控制成本就顯得尤其重要。

（斷屑槽圖給出了根據(jù)可能的應用和進給量的不同斷屑槽形的圖例解釋。選擇一種良好的斷屑槽和正確的進給量形成了任何優(yōu)化程序的基礎。）

　　斷屑槽形當然是首要的要素。如果在車削過程里切屑形成和控制未達到最優(yōu)化，我們能忘記任何事情。針對提高生產(chǎn)率而不成比例地增加成本的一個要素是高進給量車削。獲得最優(yōu)化（高效和便宜）車削的基本原則仍然是以可能的最高進給量進行加工。而且當然要保證斷屑槽形適合這樣做。對這個基本原理有嚴格影響的工藝是精加工。但自從有了修光刃刀片上述的基本原理也能應用到精加工。

（左圖：有了修光刃槽形就能在高進給量下獲得良好的表面粗糙度。因此在精加工時你也能針對更好的生產(chǎn)率和更低的成本進行優(yōu)化。）

　　為了獲得良好的表面粗糙度必須使用相對較低的進給量。自從車刀片有了修光刃槽形，情況就不再這樣了。精車時選擇高到很高的進給量而且仍獲得好的表面粗糙度現(xiàn)在是可能的。使用這些修光刃槽形的另外一種可能形勢仍保持低進給量，但是因此可獲得相當于磨削的表面粗糙度。其他的要素是硬質合金材質等級。如果我們確信排屑良好可靠，我們就能夠把硬質合金材質等級（和切削速度）作為優(yōu)化的目標。

　�。ㄓ覉D：用于車削的山高硬質合金材質等級（包括新的TP1000和TP2000）按照新的有關應用領域的ISO提議進行排列。該表還顯示了PCBN的特性。很明顯PCBN的應用范圍是車削硬材料。）

　　在山高的系列里最近開發(fā)的新一代硬質合金材質等級TP1000和TP2000代表了極其重要的一步。刀片的加工范圍是基于覆蓋ISO P類應用的多數(shù)。應用領域明顯大于其它硬質合金材質等級，歸因于切削刃的更高的耐磨性（=更高的切削速度）和韌性的提高（=更高的進給量）。這種新的幸好適用于更寬范圍的鋼件和鑄鐵牌號。

　　TP1000和TP2000以一種耐磨性和韌性獨特的結合而被開發(fā)。執(zhí)行廣泛的材料試驗、計算機仿真、實驗室測試和加工測試以確保這些新材質等級的性能表現(xiàn)。

新一代CVD涂層舉例。這是用于TP1000和TP2000信涂層的基本結構。

　　新的硬質合金材質等級的特點是基體由一層硬的內(nèi)層和一層韌性很好的外層組成，其結果是既獲得了極佳的抵抗塑性變形能力又獲得了好的切削刃韌性。加上山高已經(jīng)開發(fā)的新的革命性的涂層，可充分利用基體的可能性。

（左圖：依據(jù)ISO給出的TP1000和TP2000的基礎范圍。）

    優(yōu)化的涂層結構是由三個功能部分和許多中間層構成。內(nèi)基層（碳氮化鈦）擔負起幾家的粘著力和基本的切削刃強度。中間的氧化鋁基層作為一種有效的熱屏障以允許更高的切削速度，而其它的碳氮化鈦外層和氮化鈦頂層一起保證極佳的抗前刀面和后刀面磨損能力。

（右圖：總的Secolor概念（ISO基礎、硬質合金材質等級、斷屑槽形和切削參數(shù)）被布置在一個簡單的圖表里。TP2000的萬能應用能力可清楚地看到，同時具備提高切削速度的可能性。因此TP2000是第一個能以有限數(shù)量刀片提供從工藝角度切削最優(yōu)化可能性的硬質合金材質等級。）

　　當高速切削時，具有更硬基體的硬質合金材質等級TP1000同TP2000相比其耐高溫性能更好而且塑性變形更小。TP1000還有更好的耐磨性，在穩(wěn)定的切削工況下TP1000的生產(chǎn)率完全是優(yōu)異的。TP1000很適用于優(yōu)化是有優(yōu)勢、必要或重要的應用場合。作為結果而言如果要完成的系列相當大，TP1000使更好的選擇。在很多諸如高速切削、干車削和硬車削等的其它應用場合里TP1000還是一種有優(yōu)勢的硬質合金材質等級。

　　在另一方面TP2000具有更好的切削刃韌性而且在可能引起切削刃微崩的切削工況里表現(xiàn)更好。其更好的韌性還能用于因切削工況不可與繼而需提高安全性的場合。有了TP2000生產(chǎn)率和可靠性能被帶入一個新的水平。TP2000的韌性相當于很多用于ISO P30應用領域的硬質合金材質等級。而同時硬度和耐熱性卻和ISO P20應用領域的材質等級相當。這使得TP2000成為在很寬范圍里的鋼件和合金鋼車削應用（如果需要更高的切削速度）的可靠選擇。

（上圖說明：左邊的圖顯示TP1000的磨損而右邊的圖顯示TP2000的磨損，使用相同的工況。第一排的圖顯示TP1000當用在更高的切削速度時有更好的耐熱性和抗塑性變形能力。中間一排的圖顯示用在工況不好時的磨損率。TP2000有更好的切削刃韌性是清晰可見的。如果工況不好或不可預計TP2000還是一個更好的選擇就是這個原因。底下一排顯示工況良好時的磨損。這里可看到TP1000具有更好的耐磨性。因此TP1000是工況良好并且看重生產(chǎn)率時的基本選擇。）

　　總結：如果對用戶來說加工時間是首要關心的并且車削工況良好，TP1000是首選。高的切削速度不是問題。TP1000是針對優(yōu)化的基本選擇。TP2000是特別針對可靠性是主要考慮因素的大多數(shù)應用的基本選擇。由于其耐磨性和高韌性的有機結合，TP2000是一種在很寬范圍車削應用里可以來的硬質合金材質等級，即使需要高的切削速度時也是這樣。

　　技巧、信息和經(jīng)驗

    這篇文章簡明地解釋了諸如MDT車削何最近研發(fā)的ISO車削立的新硬質合金材質等級TP1000和TP2000這樣的新技術的可能性。

    這些優(yōu)勢提供的實際效果要靠生產(chǎn)人員的響應。不管怎樣他們一定要有必要的技巧、信息和興趣，才能把刀具的潛在可能性轉化成真正的優(yōu)勢。在這點上供應商的角色和關系不能充分地被強調(diào)。

    山高是一家只做刀具的公司，以一種組織的方法提供技巧和信息方面的進步。全世界每年有數(shù)以千計的人在山高刀具的技術中心參加不同的活動。提供的信息和技巧幫助刀具用戶獲取‘高效、廉價加工’的目標。