傳統(tǒng)車(chē)削技術(shù)的創(chuàng)新

　　傳統(tǒng)ISO車(chē)削技術(shù)里的創(chuàng)新和高技術(shù)替代方案一樣重要

　　正因?yàn)樵S多講座、研討會(huì)和專(zhuān)業(yè)刊物相當(dāng)關(guān)注諸如高硬度材料車(chē)削、超精加工、干式和高速車(chē)削之類(lèi)的先進(jìn)技術(shù)，而傳統(tǒng)ISO車(chē)削技術(shù)里的發(fā)展看起來(lái)似乎是停滯不前。但事實(shí)卻遠(yuǎn)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(shí)間內(nèi)用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)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(jī)床成本、工資支出加上為冷卻、安全、基礎(chǔ)設(shè)施等的企業(yè)一般管理費(fèi)用的合計(jì)。

　　如果我們只看刀具，那么提高質(zhì)量和更高的切削參數(shù)提供增加生產(chǎn)率的機(jī)會(huì)。通過(guò)是用適當(dāng)?shù)牡毒吆徒档颓邢鲄��?shù)而延長(zhǎng)刀具壽命來(lái)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(duì)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(huì)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(jìn)而我們需要更多的刀具來(lái)生產(chǎn)同樣數(shù)量的產(chǎn)品。為了緩和采購(gòu)人員（采購(gòu)預(yù)算）和生產(chǎn)經(jīng)理（生產(chǎn)率）相互之間的利益沖突，接下來(lái)要做的事情就是研發(fā)更高級(jí)的刀具和切削材料。

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

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

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

　　傳統(tǒng)車(chē)削

    盡管諸如硬車(chē)削（有時(shí)也叫做PCBN車(chē)削，因?yàn)橥ǔＷ罴亚邢鞑牧蠒r(shí)PCBN）、干式車(chē)削（或者最小量潤(rùn)滑車(chē)削）和高速車(chē)削等新技術(shù)的到來(lái)，在多數(shù)工程公司里的車(chē)削技術(shù)仍然被稱(chēng)作是傳統(tǒng)的。例如在銑削里實(shí)驗(yàn)日益采用更高切削速度的方法，在車(chē)削里僅僅是點(diǎn)點(diǎn)滴滴地使用。那部分是因?yàn)樗�謂的ISO車(chē)削的開(kāi)發(fā)肯定不是停滯不前。這些新發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)是在沒(méi)有很高初始費(fèi)用（不必需要新機(jī)床或新設(shè)施）的前提下確實(shí)很快獲得生產(chǎn)率提高并降低成本。我們將簡(jiǎn)單地舉兩個(gè)例子。

　　Secolor刀片選擇系統(tǒng)

　�。ㄓ覉D: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(guān)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(dāng)山高開(kāi)發(fā)Secolor系統(tǒng)，將其理念帶入到數(shù)量品種巨大的硬質(zhì)合金刀片，因?yàn)橛脩?hù)幾乎分辨不輕該選什么型號(hào)的刀片。自那時(shí)起這種理念得到進(jìn)一步深化并且還被其他刀具制造商模仿。

　　當(dāng)涉及到建立硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)和斷屑槽形式可能的應(yīng)用時(shí)，Secolor分類(lèi)模型形成了解決現(xiàn)存的ISO標(biāo)準(zhǔn)模棱兩可的一個(gè)答案。通過(guò)使用的工況就可確定選擇什么樣的刀片。針對(duì)很大的范圍從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)是選擇到了最合適的刀片。測(cè)試系列決定哪一種刀片和切削參數(shù)是最令人滿(mǎn)意的。一個(gè)重要的評(píng)判準(zhǔn)則還是刀片的刀具壽命。這種處理的結(jié)果可能是你持有大量的刀片在庫(kù)存里--針對(duì)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(gè)使用范圍。對(duì)于試驗(yàn)系列經(jīng)常沒(méi)有時(shí)間。進(jìn)一步，你不得不接受技術(shù)上最佳的刀片不能使用在每種應(yīng)用里。于是評(píng)判準(zhǔn)則就是：庫(kù)存和切屑控制。

　　對(duì)于一個(gè)給定的車(chē)削應(yīng)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(shù)上性能良好和具備應(yīng)用范圍廣兩者之間獲得最佳平衡）。這是通過(guò)使用三種基本種類(lèi)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。這對(duì)九個(gè)基本應(yīng)用里的每一個(gè)都因此定義一個(gè)推薦的基本刀片。接著在第二階段，這種選擇進(jìn)一步被優(yōu)化，硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)和斷屑槽形兩者都被考慮進(jìn)去了。根據(jù)Secolor系統(tǒng)，可行的刀片實(shí)際上被標(biāo)記在刀片包裝盒上。刀片包裝盒上表示了應(yīng)用的范圍（在九個(gè)方塊組成的矩陣?yán)铮┖突�本切削參�?shù)（推薦的切削速度、進(jìn)給量和切削深度）。

　　多方向車(chē)削

    在傳統(tǒng)車(chē)削里獲得生產(chǎn)率主要提高的第二個(gè)例子是由所謂的多方向車(chē)削（MDT）形成的。想法是簡(jiǎn)單的：是用一把刀具完成涉及端面和軸向車(chē)削、內(nèi)孔和外圓車(chē)削、切斷、仿形車(chē)削、割槽以及最近增加的螺紋車(chē)削在內(nèi)的所有車(chē)削加工。具備這種萬(wàn)能功能的刀片在各個(gè)方向都受到交變應(yīng)力。因此這牽涉到刀片和刀桿之間的完美連接問(wèn)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(jié)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(jié)合，山高的MDT夾緊系統(tǒng)使市場(chǎng)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(shí)有一個(gè)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(duì)于安全性、加工能力、工件表面質(zhì)量、避免振動(dòng)和重復(fù)精度來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是關(guān)鍵因素之一。

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

　�。ㄓ覉D：對(duì)于有許多不同的直徑、窄槽和輪廓的小型復(fù)雜工件來(lái)說(shuō)，多方向車(chē)削是一種有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。）

　　山高的MDT系統(tǒng)包括不同的刀桿基本種類(lèi)和有很多品種的刀片供選擇：?jiǎn)晤^或雙頭；有斷屑槽和無(wú)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(lèi)的硬質(zhì)合金制成；有不同的刀片寬度。

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

　　最經(jīng)濟(jì)的當(dāng)然是一種雙頭刀片（刀片的兩端都有切削刃）。如果是應(yīng)用場(chǎng)合的原因需要整個(gè)刀片長(zhǎng)度上都要有后角，于是最好選擇單頭刀片。當(dāng)在低速低進(jìn)給下應(yīng)該選擇窄刀片也是重要的。二大切深高進(jìn)給時(shí)推薦寬的刀片。所需的刃口形狀直接和應(yīng)用有關(guān)。例如有針對(duì)精加工和切深槽、普通車(chē)削和切淺槽、普通仿形車(chē)削、切鎖緊環(huán)槽、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)O形圈槽等各種形狀。針對(duì)特殊應(yīng)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(dāng)然可選擇不同的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。

　　新的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)

　　在ISO車(chē)削范疇里自從有了諸如山高M(jìn)DT這樣一種可依賴(lài)的系統(tǒng)出現(xiàn)后，MDT車(chē)削在早已家喻戶(hù)曉的ISO刀具里贏(yíng)得一席之地�？墒沁@些ISO刀具仍然繼續(xù)扮演一個(gè)很重要的角色，即使是僅僅因?yàn)樗鼈內(nèi)匀淮�表刀具預(yù)算里最大的成本項(xiàng)目。目前的趨勢(shì)是朝向進(jìn)一步成本控制，這就是為什么那個(gè)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)是如此的重要。用這些刀具來(lái)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(yīng)用和進(jìn)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(jìn)給量形成了任何優(yōu)化程序的基礎(chǔ)。）

　　斷屑槽形當(dāng)然是首要的要素。如果在車(chē)削過(guò)程里切屑形成和控制未達(dá)到最優(yōu)化，我們能忘記任何事情。針對(duì)提高生產(chǎn)率而不成比例地增加成本的一個(gè)要素是高進(jìn)給量車(chē)削。獲得最優(yōu)化（高效和便宜）車(chē)削的基本原則仍然是以可能的最高進(jìn)給量進(jìn)行加工。而且當(dāng)然要保證斷屑槽形適合這樣做。對(duì)這個(gè)基本原理有嚴(yán)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(yīng)用到精加工。

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

　　為了獲得良好的表面粗糙度必須使用相對(duì)較低的進(jìn)給量。自從車(chē)刀片有了修光刃槽形，情況就不再這樣了。精車(chē)時(shí)選擇高到很高的進(jìn)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(shì)仍保持低進(jìn)給量，但是因此可獲得相當(dāng)于磨削的表面粗糙度。其他的要素是硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。如果我們確信排屑良好可靠，我們就能夠把硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)（和切削速度）作為優(yōu)化的目標(biāo)。

　�。ㄓ覉D：用于車(chē)削的山高硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)（包括新的TP1000和TP2000）按照新的有關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的ISO提議進(jìn)行排列。該表還顯示了PCBN的特性。很明顯PCBN的應(yīng)用范圍是車(chē)削硬材料。）

　　在山高的系列里最近開(kāi)發(fā)的新一代硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)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(lèi)應(yīng)用的多數(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域明顯大于其它硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)，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(jìn)給量）。這種新的幸好適用于更寬范圍的鋼件和鑄鐵牌號(hào)。

　　TP1000和TP2000以一種耐磨性和韌性獨(dú)特的結(jié)合而被開(kāi)發(fā)。執(zhí)行廣泛的材料試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和加工測(cè)試以確保這些新材質(zhì)等級(jí)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(jié)構(gòu)。

　　新的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)的特點(diǎn)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(jié)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(kāi)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(chǔ)范圍。）

    優(yōu)化的涂層結(jié)構(gòu)是由三個(gè)功能部分和許多中間層構(gòu)成。內(nèi)基層（碳氮化鈦）擔(dān)負(fù)起幾家的粘著力和基本的切削刃強(qiáng)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?lái)攲右黄鸨ＷC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(chǔ)、硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)、斷屑槽形和切削參數(shù)）被布置在一個(gè)簡(jiǎn)單的圖表里。TP2000的萬(wàn)能應(yīng)用能力可清楚地看到，同時(shí)具備提高切削速度的可能性。因此TP2000是第一個(gè)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(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。）

　　當(dāng)高速切削時(shí)，具有更硬基體的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)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(shì)、必要或重要的應(yīng)用場(chǎng)合。作為結(jié)果而言如果要完成的系列相當(dāng)大，TP1000使更好的選擇。在很多諸如高速切削、干車(chē)削和硬車(chē)削等的其它應(yīng)用場(chǎng)合里TP1000還是一種有優(yōu)勢(shì)的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。

　　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(chǎng)合。有了TP2000生產(chǎn)率和可靠性能被帶入一個(gè)新的水平。TP2000的韌性相當(dāng)于很多用于ISO P30應(yīng)用領(lǐng)域的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)。而同時(shí)硬度和耐熱性卻和ISO P20應(yīng)用領(lǐng)域的材質(zhì)等級(jí)相當(dāng)。這使得TP2000成為在很寬范圍里的鋼件和合金鋼車(chē)削應(yīng)用（如果需要更高的切削速度）的可靠選擇。

（上圖說(shuō)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(dāng)用在更高的切削速度時(shí)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(shí)的磨損率。TP2000有更好的切削刃韌性是清晰可見(jiàn)的。如果工況不好或不可預(yù)計(jì)TP2000還是一個(gè)更好的選擇就是這個(gè)原因。底下一排顯示工況良好時(shí)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(shí)的基本選擇。）

　　總結(jié)：如果對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)加工時(shí)間是首要關(guān)心的并且車(chē)削工況良好，TP1000是首選。高的切削速度不是問(wèn)題。TP1000是針對(duì)優(yōu)化的基本選擇。TP2000是特別針對(duì)可靠性是主要考慮因素的大多數(shù)應(yīng)用的基本選擇。由于其耐磨性和高韌性的有機(jī)結(jié)合，TP2000是一種在很寬范圍車(chē)削應(yīng)用里可以來(lái)的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)，即使需要高的切削速度時(shí)也是這樣。

　　技巧、信息和經(jīng)驗(yàn)

    這篇文章簡(jiǎn)明地解釋了諸如MDT車(chē)削何最近研發(fā)的ISO車(chē)削立的新硬質(zhì)合金材質(zhì)等級(jí)TP1000和TP2000這樣的新技術(shù)的可能性。

    這些優(yōu)勢(shì)提供的實(shí)際效果要靠生產(chǎn)人員的響應(yīng)。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(zhuǎn)化成真正的優(yōu)勢(shì)。在這點(diǎn)上供應(yīng)商的角色和關(guān)系不能充分地被強(qiáng)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(jìn)步。全世界每年有數(shù)以千計(jì)的人在山高刀具的技術(shù)中心參加不同的活動(dòng)。提供的信息和技巧幫助刀具用戶(hù)獲取‘高效、廉價(jià)加工’的目標(biāo)。