可轉(zhuǎn)位刀具VS整體式刀具

    對于美國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)合金刀具的價格有點離譜，我每次訂購硬質(zhì)合金刀具的價格似乎都要比上一次更高。”這種現(xiàn)狀已成為變革的主要動機。他說，“今后我們將優(yōu)先考慮采用新型可轉(zhuǎn)位刀具�，F(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，只要有新的可轉(zhuǎn)位刀具上市，我們都將嘗試使用。”

　Greenman的觀點不無道理。市場報告表明，在過去2 年里，由于制造硬質(zhì)合金的原料仲鎢酸銨（APT）粉料的價格飛漲，致使整體硬質(zhì)合金刀具的價格暴漲了60％～70％。對于直徑大于13mm的整體硬質(zhì)合金刀具，其價格呈指數(shù)規(guī)律上漲。而另一方面，可轉(zhuǎn)位刀片的價格則相對穩(wěn)定。 　　　　    刀具成本以及其它一些因素導致刀具用戶對可轉(zhuǎn)位刀具以及其它可換刀片式刀具刮目相看。倡導者列舉了可轉(zhuǎn)位刀具的各種優(yōu)點，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、重新對刀和調(diào)整等。

　一些接受采訪的刀具制造商和機加工車間表示，使用可轉(zhuǎn)位刀具已是大勢所趨，這種趨勢在過去2年里進一步加速發(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準的許多優(yōu)勢——如高剛性、低振動等——如今依然存在。

　Kennametal公司的全球銑削產(chǎn)品經(jīng)理Tim Marshall并不認為原材料價格上漲是整體硬質(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公司的市場公關(guān)經(jīng)理Bill Greenleaf認為，硬質(zhì)合金價格高漲為可轉(zhuǎn)位刀具（如Greenleaf公司的陶瓷刀片）的應用創(chuàng)造了新的市場空間，“價格驅(qū)動是一個因素，但是，對提高生產(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)勢是最主要的因素，因為刀具成本在加工總成本中只占很小一部分（約2％～3％）。Ingersoll刀具公司的產(chǎn)品經(jīng)理Bob Jennings認為，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，從而使加工時間最優(yōu)化。例如，更換整體硬質(zhì)合金鉆頭時，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)整機床程序，觸測工件并重新設(shè)定Z軸，這一過程需耗時30分鐘左右。而使用可換鉆尖式鉆頭時，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，因為加工前對整體硬質(zhì)合金刀具的切削刃進行鈍化處理需要耗費大量時間，而使用可轉(zhuǎn)位刀具只需裝上一個新刀片就行了。”

　位于俄亥俄州的瑞士式加工制造商Northern 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，因為瑞士式機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認為，目前的發(fā)展趨勢是可轉(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。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，但其每齒進給量卻可以大大超過整體式銑刀。我們公司已進一步采取措施，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，其軸向和徑向重復性可達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)時間，”Greenleaf說，“例如用整體硬質(zhì)合金刀具加工時，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。”

　Ingersoll刀具公司的Jennings非常關(guān)注刀具流動問題。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把在機床上，1把備用，然后準備幾盒刀片就行了。”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、高剛性機床—用于小功率、輕載荷機床或老式、低剛性機床

多工序粗切加工，開放公差，對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，加工多個直徑時需采用軸切

　雖然整體硬質(zhì)合金刀具較高的價格可能增大了人們對選用其它刀具的興趣，但在更換刀具時仍需綜合考慮。例如，鉆削加工時，被加工孔的加工要求——而不僅僅是刀具成本——對于選用可轉(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。

　肯納公司孔加工團隊的高級產(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。“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行二次精加工。”Parzick說，“在對成孔的質(zhì)量或尺寸沒有嚴格要求的前提下，采用可轉(zhuǎn)位鉆頭能降低每孔加工成本�？咨�/直徑比則是另一個考慮因素，因為整體硬質(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，鉆孔時振動更小，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床加工程序的改編。“除非制造商使用的是非常老式的機床，一般的機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)計工程師Matt Neuman說，“對于旋轉(zhuǎn)刀具的應用，有些機床可能會受到最大主軸轉(zhuǎn)速的限制，有些機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，由于大多數(shù)可轉(zhuǎn)位鉆頭只有一個切削刃，因此切削速度會提高而每齒進給量會減小。典型的整體硬質(zhì)合金鉆頭有兩個切削刃，并以較高的每轉(zhuǎn)進給量進行切削。“不過，可轉(zhuǎn)位鉆頭每分鐘幾英寸的進給率通常比整體硬質(zhì)合金鉆頭的進給率高。” 

   在如今的市場競爭中，制造商必須采用不同的方法來提高生產(chǎn)率。Forman說，“對于整體硬質(zhì)合金刀具，在確實需要使用的加工場合，應該對其開綠燈，但也不能總是一成不變。”