CIMT2019展品述評|部分孔加工、螺紋及齒輪加工刀具

由中國機床工具工業(yè)協(xié)會(huì )主辦的CIMT2019展會(huì )于2019年4月15-20日在北京中國國際展覽中心（新館）隆重舉辦，行業(yè)巨擘匯集，精品新品迭出。其中，來(lái)自國內外的知名工具企業(yè)攜兩年來(lái)的創(chuàng )新產(chǎn)品參展，本文對本屆CIMT上展出的部分孔加工、螺紋加工、齒輪加工類(lèi)刀具展品的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行介紹和評述。

一、孔加工刀具

1. 肯納KenTIP FS

肯納金屬公司將KSEM 模塊化鉆系統性能可靠和多功能性的優(yōu)勢與同系列小型鉆KenTIP的使用便利性以及低進(jìn)給力的特性相結合，推出了一款全新的6-26mm、1.5–12倍徑、采用全硬質(zhì)合金刀頭的模塊化鉆削產(chǎn)品KenTIPFS（圖1）。

圖1  肯納KenTIP FS鉆頭

FS產(chǎn)品的外觀(guān)似乎與其他可換刀頭類(lèi)型的鉆削產(chǎn)品沒(méi)有區別，同樣配有冠齒刀片、內冷通道以及為了高效排屑的螺旋排屑槽，但相同點(diǎn)僅此而已。FS采用全新的設計方案，集眾多重要產(chǎn)品性能于一身，因此在模塊化鉆家族中脫穎而出。FS的排屑槽在最后加工時(shí)經(jīng)過(guò)高度拋光處理，顯著(zhù)改善了排屑性能，減少了切屑對刀頭的沖擊磨蝕。“多冷卻孔”設計（有4個(gè)冷卻孔，2個(gè)位于刀頭部位，2個(gè)位于刀頭下的容屑槽部位）可以提供更大的冷卻液流量，避免出現切屑堵塞，同時(shí)還可迅速帶走切削部位的熱量，從而延長(cháng)刀具使用壽命，提高孔加工質(zhì)量。

FS的HPG槽型刀片使用了專(zhuān)為鋼材料加工設計的新型、高耐磨性的硬質(zhì)合金材質(zhì)KCP15A。與同類(lèi)鉆頭產(chǎn)品相比，其最新設計的鉆尖角度以及自定心的橫刃設計可確保更高的定位精度和孔垂直度，即使高進(jìn)給時(shí)也沒(méi)問(wèn)題。刀片的圓角部位采用輕微倒角保護設計，可減少崩刃；刃帶同樣采用增強設計，適用于液壓歧管應用中常見(jiàn)的交叉口和斜出口孔加工，或是熱交換器生產(chǎn)中的堆疊板加工。

FS的HPL槽型產(chǎn)品針對航天航空行業(yè)加工不銹鋼和超耐熱合金材料，使用高耐磨性的細晶粒硬質(zhì)合金材質(zhì)和耐磨蝕的AlTiN涂層KCMS15，并采用分體鉆尖設計，可減少切削力，適用于在航天航空行業(yè)材料以及醫療設備合金材料加工中切斷長(cháng)切屑。FS的HPC槽型則針對汽車(chē)制造商解決鑄鐵材料的加工，它采用四刃帶和圓角鉆尖設計，可避免加工中常見(jiàn)的退刀時(shí)崩刃和裂紋現象，其特殊設計的容屑槽結合前刀面冷卻孔設計，可迅速排出切屑。所有這些刀片均采用143度的鉆尖角設計，經(jīng)過(guò)特殊的刃口處理、拋光處理或切削刃倒圓處理，確保最優(yōu)化的刀具使用壽命。

KenTIP FS的獨特之處還在于其安裝接口裝置。KenTIPFS不僅具備大尺寸KSEM和KSEM Plus鉆頭刀片強度大的優(yōu)點(diǎn)，并且還具備用戶(hù)非常熟悉的與KenTIP相似的快速換刀性能：只需用鼓風(fēng)裝置吹去刀座的灰塵，將刀片安裝就位并略微調整，然后使用提供的智能扳手進(jìn)行緊固。

圖2  肯納KenTIP FS鉆頭專(zhuān)利的錐面接口

KenTIP FS采用專(zhuān)利的錐面接口設計，可以提供最大化的剛性和精度。其拉釘鎖緊裝置可避免鉆頭脫落，大支承面可以承受極端扭曲扭矩，避免刀座的變形。因全硬質(zhì)合金刀片沒(méi)有安裝螺釘，所以在接觸切屑或工件時(shí)，不會(huì )對夾持裝置造成損壞。這些特點(diǎn)可以確保KenTIP FS在惡劣切削條件下仍然具有出色的性能，可應對加工應用中各種嚴峻挑戰。

2. 株鉆ZSD系列新型淺孔鉆

株鉆ZSD系列新型淺孔鉆（圖3）采用7項專(zhuān)有技術(shù)。

圖3  株鉆的ZSD系列新型淺孔、刀片及刃口示意

首先是采用了先進(jìn)分層切入技術(shù)（這一刀具結構正在申請發(fā)明專(zhuān)利保護），通過(guò)內、外刀片依次分層切入工件，切入平緩沖擊小，內刃形成連續切寬切屑，外刃形成小切寬碎屑，切屑排出方便；其次，采用精確修光技術(shù)，副切削刃上設有一段和加工表面基本平行的修光刃，可以提高進(jìn)給表面尺寸精度和表面質(zhì)量（表面粗糙度可達Ra1.6以下）；第三是軸向導向抗振技術(shù)，波形切削刃和孔底部形成波形配合，能有效抑制刀片振動(dòng)，提升刀具的高效加工能力及穩定性，同時(shí)又能形成直徑中心、周向和孔底三位一體的導向結構，有效提高刀具的抗振（刀片結構也申請了發(fā)明專(zhuān)利保護）；第四是采用內、外刀片間切削力精確平衡技術(shù)，基于線(xiàn)速度精準分析刀具切削力的平衡性，通過(guò)理論計算、有限元和試驗多種方法交替驗證刀具的平衡性，當鉆削深度為5倍孔徑時(shí)，偏差、圓柱度基本控制在0.05mm以下；第五是實(shí)現了內、外刀片獨立平衡技術(shù)，即在淺孔鉆刀體采用不對稱(chēng)結構的同時(shí)，刀片采用波形凸切削刃結構，兩者的結合可以達到內、外刀片的獨立徑向平衡能力，嚴格控制切削過(guò)程中的性能可靠性和持久性，切削效率和穩定性大幅提升；第六是刀片基于工況采用特定槽型結構技術(shù)，由于鉆孔時(shí)外徑大的位置線(xiàn)速度高，切削力小但易磨損，而鉆頭近中心及修光刃處為零易崩缺，為了保證平衡和耐磨性，株鉆針對工況獨立設計特定的槽型，切削穩定，刀片壽命提升1倍以上；第七是鉆刀片采用波形疊加弧形復雜刃形技術(shù)，波形切削刃能有效降低單位切削刃負載，多個(gè)波形切削刃切入工件時(shí)切入角度不呈周期性變化，切入工件過(guò)程穩定，有效抑制切削振動(dòng)的產(chǎn)生，提高了孔的加工精度。

3. 株鉆ZTK系列可換頭鉆頭

株鉆的ZTK系列可換頭鉆頭的齒冠與刀桿聯(lián)接采用過(guò)定位夾緊，軸向、徑向定位面和螺紋接口同時(shí)作用，刀頭裝夾穩定可靠；雙螺旋內冷孔既能精準冷卻，又能輔助排屑；獨特的切削刃設計能讓刀具切入順暢，通用性強，實(shí)現低阻高效加工。株鉆認為，這一系列獨特的結構設計，能幫助用戶(hù)降低加工成本，提升加工效率，實(shí)現高精度、高效率加工。

4. 深圳金洲超精密微型鉆頭 

深圳金洲展出了直徑僅0.02mm的超精密微型鉆頭（圖4）。目前很多行業(yè)都會(huì )用到微型刀具，尤其是鉆孔加工。深圳金洲希望通過(guò)CIMT展會(huì )讓過(guò)去一直使用國外品牌的客戶(hù)增加對金洲產(chǎn)品與能力的了解，拓寬市場(chǎng)，同時(shí)明確需要深入研究的方向。2018年電子行業(yè)銷(xiāo)量的萎縮對包括金洲在內的國內微型刀具制造商或多或少會(huì )有一些影響，但金洲的產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)和種類(lèi)較多，其他類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)增長(cháng)彌補了這一影響。對于一些高端產(chǎn)品，尤其是5G技術(shù)的逐步推進(jìn)，會(huì )使金洲迎來(lái)新一輪的產(chǎn)品應用高峰。此外，義齒類(lèi)牙科加工產(chǎn)品近年的發(fā)展勢頭非常好，這對包括金洲在內的微型刀具制造商來(lái)說(shuō)都是一種機遇。

圖4  深圳金洲超精密微型鉆頭

5. 森泰英格高精度可調鉸刀和可轉位鉸刀 

在森泰英格的鉸刀展臺，展出了更高精度可調鉸刀和可轉位鉸刀（圖5），滿(mǎn)足各類(lèi)安裝要求并且保證其加工的精度。鑄鐵類(lèi)的焊接式鉸刀采用HSK40、hsk32的接口，這種高精度過(guò)定位的接口保證了鉸刀的更換和加工的精度。

圖5  森泰英格高精度可調鉸刀和可轉位鉸刀

6. 好優(yōu)利經(jīng)濟型反锪沉孔刀具BSF

好優(yōu)利公司展出的經(jīng)濟型反锪沉孔刀具BSF最大反锪沉孔直徑可達孔直徑的2.3倍（圖6）。BSF刀具結構簡(jiǎn)單，設計巧妙，使得反锪沉孔工序不需要翻轉工件，一次裝夾就可完成。其極高的生產(chǎn)效率和簡(jiǎn)單可靠的結構形成了鮮明的對比。當主軸轉速達到推薦的速度時(shí)，刀片打開(kāi)至工作位置。通過(guò)機床的內冷壓力可以控制刀片的收回。

圖6  好優(yōu)利經(jīng)濟型反锪沉孔刀具BSF

BSF刀具是為實(shí)現反锪沉孔的自動(dòng)化加工而設計，工作時(shí)不需要止動(dòng)裝置，不需反轉及其他任何機床輔助裝置。刀片擺動(dòng)式的收回機構、配合機床內冷壓力驅動(dòng)的原理保證了刀片不會(huì )因為鐵屑及粉塵而無(wú)法收回。

反锪沉孔的工作原理如圖7所示。1. 在反锪沉孔時(shí)，當主軸達到推薦轉速時(shí)，刀片展開(kāi)至工作位置；2. 在反锪沉孔結束后，活塞在冷卻液壓力作用下推動(dòng)刀片開(kāi)始翻轉；3. 在刀片收回刀體過(guò)程中，壓力面翻轉直至將刀片完全推入刀體中；4. 當刀片完全收入刀體之后，刀具可沿軸向原路退出工件。

圖7  好優(yōu)利經(jīng)濟型反锪沉孔刀具BSF工作原理圖

二、螺紋加工刀具

1. 恒鼎防松脫自鎖螺紋絲錐

對于普通標準螺母來(lái)說(shuō)，每一對螺母和螺栓在裝配中（如松卸、擰緊若干次）會(huì )很快失去鎖緊能力。具有防松脫自鎖螺紋的螺母能夠在重復應用后（在螺栓上多次擰緊擰松）仍能繼續保持原有的鎖緊能力。

圖8  恒鼎防松脫自鎖螺紋絲錐

鑒于以上原因，恒鼎工具開(kāi)發(fā)了系列防松脫自鎖螺紋加工用絲錐——切削絲錐（直槽絲錐、螺旋槽絲錐、螺尖絲錐）以及擠壓絲錐。通過(guò)改變內螺紋的齒形（內螺紋牙底處有一個(gè)30°的楔形斜面），而與之相配的螺栓外螺紋則維持標準形狀不變，以此來(lái)解決螺紋件在高溫、強振環(huán)境中的防松可靠性和磨損/耐久性難題，可滿(mǎn)足3C、汽車(chē)、航天航空、高鐵、橋梁以及軌道交通等行業(yè)的螺紋加工應用。

2. 瓦爾特多排齒螺紋銑刀

瓦爾特在幾年前曾發(fā)布過(guò)三排齒的可轉位螺紋銑刀，而在CIMT2019上，瓦爾特將這種多排齒的螺紋銑刀進(jìn)一步完整化。借鑒之前的三排齒可轉位螺紋銑刀，瓦爾特推出多排齒的整體硬質(zhì)合金螺紋銑刀。

（a）整體硬質(zhì)合金螺紋銑刀                               （b)可轉位銑刀

圖9 瓦爾特多排齒螺紋銑刀

對于可轉位銑刀，瓦爾特在三排齒的基礎上增加了兩排齒和一排齒的結構。這類(lèi)螺紋銑刀的特點(diǎn)是輕快切削，切削力小，可使用更高的進(jìn)給以及更少的半徑補償次數，提高刀具壽命。

三、齒輪加工刀具

1. 星速INNO齒輪滾刀

星速在CIMT2019上展出了全新的高效INNO刀具系列，包括INNO滾刀、INNO剃齒刀和INNO倒棱刀，結合其加工工藝流程設計方面的技術(shù)支持，希望為齒輪行業(yè)及變速箱行業(yè)大幅度提升刀具壽命提供完美的解決方案，幫助客戶(hù)應對切削加工中的挑戰。

圖10 星速I(mǎi)NNO滾刀

在滾刀生產(chǎn)中，最具有挑戰的工藝是滾刀的最后表面處理。通常滾刀的磨損是從磨削滾刀齒形時(shí)留下的磨削痕最高點(diǎn)開(kāi)始的，星速公司通過(guò)新的精加工磨齒加工循環(huán)，使INNO滾刀表面粗糙度達到了最小的水平，幾乎可以避免滾刀側刃凸起的磨削痕。因此INNO滾刀在滾齒過(guò)程中，可以使磨損開(kāi)始點(diǎn)明顯延后，從而顯著(zhù)提升了刀具壽命。

與此同時(shí)，INNO滾刀還將很小的表面粗糙度與專(zhuān)用的切削刃口槽型設計相結合。INNO滾刀切削刃口形狀是由涂層前最后一道的噴砂工藝形成的，而根據滾齒時(shí)的載荷情況，設計不同的刃口形狀和鈍化成為可能，切削刃口鈍化的選擇通常是在切削性能和刃口穩定性之間的平衡。星速專(zhuān)家團隊在分析客戶(hù)的應用細節后設計了專(zhuān)用的刃口鈍化，從而使獲得刀具最高壽命成為可能。切削試驗表明，刀具壽命顯著(zhù)提高時(shí)，都具有磨損寬度更均勻的特點(diǎn)。星速公司的用戶(hù)證實(shí)，相對于普通滾刀，INNO滾刀的壽命能夠提升高達80%，可幫助客戶(hù)顯著(zhù)降低刀具單件成本。甚至有用戶(hù)在滾削加工中采用INNO滾刀取代更加昂貴的硬質(zhì)合金滾刀。

2. 星速INNO剃齒刀 

星速公司展出的最新一代的INNO剃齒刀，為將客戶(hù)的剃齒生產(chǎn)效率提升到全新的高度創(chuàng )造了條件：INNO剃齒刀具有鋒利和高精度的切削刃口，使切削齒輪變得更加輕松，還提升了排屑性能、降低了刀具的切削載荷。經(jīng)過(guò)標準修磨后，如果已經(jīng)完全去除了磨損層，INNO剃齒刀可以保證獲得與新刀相同的高精度切削刃口。據星速技術(shù)人員介紹，INNO剃齒刀在測試中相較于同類(lèi)產(chǎn)品有很高的優(yōu)越性，一般的標準剃齒刀能加工2800-3300件，而星速的INNO剃齒刀加工達到6700個(gè)工件。表明INNO剃齒刀可以提升刀具壽命138%，從而大幅度降低了客戶(hù)的單件成本。而修磨后，INNO剃齒刀也能保持和新刀相同的高壽命，從而大幅度降低客戶(hù)成本。

圖11  星速I(mǎi)NNO剃齒刀

3．星速INNO倒棱刀

在高精齒輪加工中，為了避免損傷齒輪和保護精加工工具，需要去除掉齒輪上微小毛刺和尖角，通常采用倒棱刀加工。而星速公司在本屆CIMT上新發(fā)布的INNO倒棱刀則采用旋轉擠壓成型的加工方式，這一設計理念是基于高效加工和加工經(jīng)濟性，特別適合汽車(chē)行業(yè)等大批量生產(chǎn)。

圖12  星速I(mǎi)NNO倒棱刀

INNO倒棱刀結合了材料領(lǐng)域和表面精加工的嶄新技術(shù)，改善了刀具和齒輪的接觸區域。其堅固的刀體和低表面粗糙度優(yōu)化了擠壓成型過(guò)程，更重要的是降低了單件加工成本。在星速公司已經(jīng)進(jìn)行的所有實(shí)驗中，INNO倒棱刀都顯著(zhù)提升了壽命（如在汽車(chē)齒輪加工中，INNO倒棱刀比傳統的標準型倒棱刀具可提升兩倍的壽命）。此外，采用INNO旋轉擠壓倒棱技術(shù)，還可以為客戶(hù)提供干式加工的倒棱刀與干式滾齒相結合，使齒輪的粗加工成為全干式切削，無(wú)需冷卻液。