从CIMT2011看金切刀具的发展（上）

中国机床工具工业协会工具分会秘书处

现代金属切削刀具（以下简称金切刀具）追求的主题就是高效率、高精度、高可靠性和高寿命。而面对以航空航天行业为代表的机械加工中难加工材料的广泛应用，针对难加工材料的新技术也成为新的热点；随着常规材料加工的刀具技术日趋成熟，刀具研发特点更加注重经济性。从机械加工行业角度看，各品牌刀具技术日趋成熟，产品制造、研发水准日益接近，行业的整体解决方案成为新的竞争热点；从服务环节发展看，刀具服务已经从围绕刀具应用服务延伸到了刀具管理、加工工艺等领域。这些显著的特征令人印象深刻。

在CIMT2011上，国内外金切刀具厂商展出的刀具产品，可谓琳琅满目，品种繁多，充分展示了当代金切刀具的现状和发展。

一、围绕难加工材料的刀具新技术成为热点

现代工业中，特别在航空工业领域，难加工材料如复合材料、高温合金以及钛合金，以其独特的材料特性正得到越来越广泛的应用，同时也因其复杂的被加工特点，逐渐成为切削技术的重大挑战。而在本届展会中，针对一系列难加工材料的加工特点，各大刀具企业也展示了其在该类材料切削加工领域的最新成果。

1.复合材料的加工

在现代工业中，复合材料正扮演着越来越重要的角色。复合材料具有极佳的强度重量比，能够形成复杂的零件形状。与铝合金相比，碳纤维增强塑料（CFRP）的抗拉强度通常可高达14倍以上，而其热膨胀系数还不到铝材的1/19；此外，其刚度可高出5倍以上，重量仅为铝合金的一半。在某些部件的制造中，复合材料正逐渐成为航空工业中铝合金材料的重要替代品，在未来的汽车行业中也必将发挥极其重要的作用。

复合材料加工导热性差，使刀具承受大量的切削热，同时在加工过程中极易产生大量的毛刺。来自瑞典的山特维克可乐满（山特维克可乐满）公司针对复合材料的加工特点，开发出的适合高树脂或高纤维含量复合材料加工的CoroMill®R钻头系列（见图1）。该系列钻头的钻尖构形降低了起毛、分层和纤维碎裂的危险，保证了复合材料孔加工质量，能满足严格的孔公差及表面粗糙度的要求。

图1 CoroMill®R钻头系列

SECO（山高）公司也在本届展会中展示了其在复合材料加工上的不俗实力。SECO公司推出的最新应用于复合材料加工的JabroTMJC800复合材料铣刀系列（见图2），在刀具结构上最大限度地消除了纤维断裂和脱层，改善了边缘的表面粗糙度。同时其涂覆的DURA金刚石涂层，具有极低的表面粗糙度和极高的基体粘着性，有出色的抗热耐磨性能，是复合材料加工的理想刀具。

图2 JabroTMJC800复合材料铣刀系列

2.钛合金、高温合金的加工

在航空结构材料上，钛合金、高温合金的应用也越来越广泛。钛合金比强度高、热强度高、有较好的抗腐蚀性能、导热系数低、低温性能好。钛合金的规模化生产量以每年8%的速度增长，其大规模替代铝合金材料的趋势已经呈现。而高温合金在600°C以上的高温条件下，仍能保持良好的强度、疲劳性能及断裂韧性，已成为航空发动机、燃气轮机等耐热部件的首选材料。但钛合金、高温合金在被加工性能上表现为切削温度高、切削力大、冷硬现象严重，这些性能都给切削刀具带来了极大的挑战。

在高温合金、钛合金的加工方面，SECO公司适合加工高温合金的超硬刀具（牌号CBN170）是世界上首款陶瓷晶须强化的PCBN材质，可用以满足镍基高温合金零件精加工表面粗糙度、公差和切削长度的苛刻要求，大幅提升了高温合金加工的刀具寿命。

SECO公司的JHP780整体硬质合金立铣刀拥有不等齿距的排屑空间，有效地避免了加工振动，同时采用了双重芯部技术（见图3），在增大容屑空间的同时可承受更强的切削力，增强了刀具的抗变形能力。

图3 JHP780双重芯部技术

山特维克可乐满（山特维克可乐满）公司的Coromill®R690钛铣削用新型螺旋铣刀（见图4），每一个刀座都有高压冷却（HPC）装置，相对于普通的冷却，HPC技术的应用能够使刀片寿命延长近一倍，有效地避免了切屑熔接。采用类似结构还有日本MITSUBISHI（三菱）公司的钛合金铣削新品VFX系列螺旋铣刀，粗加工钛合金的最大排屑率可达400cm3/min。

图4 Coromill®R690钛铣削用新型螺旋铣刀

3.常规材料加工刀具设计更注重经济性

在后经济危机时代，随着常规工业产品加工附加值的不断紧缩，降低耗材成本也成为了机械加工企业迫在眉睫的需求。从本届展会的刀具展品来看，增加单片刀片切削刃数量、开发可换头式刀具，已经成为减小刀库容量、降低加工成本的主流选择。

在刀具的结构设计上，各公司产品发展方向之一即是增加铣削刀片的可用切削刃，以达到降低单刃成本的目的。如SECO公司推出的DOUBLE OCTOMILL“双面王”铣削刀片（见图5），拥有16个可用于粗、精加工的切削刃，经济性极佳,特殊的定位销设计（见图6），在轴向和径向上极好地保证了重复定位精度。而同样旨在为客户提供高经济性铣削刀具的，来自国内的刀具企业株洲钻石切削刀具股份有限公司，也同时推出了拥有16刃的FMA07“飓风”系列面铣刀（见图7）。

图5 SECO DOUBLE OCTOMILL“双面王”

图6 DOUBLE OCTOMILL“双面王”定位销设计

图7 株洲钻石FMA07“飓风”系列铣削刀具

图8 SECO AWUARE 6魔方方肩铣刀

异于传统的两刃、四刃的方肩铣削刀具，SECO公司的SECO AWUARE 6魔方刀具（见图8），采用了一款三角形的数控刀片，双面共有6个可用切削刃。无独有偶，TaeguTec公司也展出了六刃经济型方肩铣刀。在高经济性铣刀的发展道路上，在保证加工效率与质量的前提下，多切削刃无疑将是一大发展亮点。

作为缩短线下换刀时间、节省企业刀具采购成本的重要技术，可换头式刀具的开发也在近几年成为刀具研发的热点。株洲钻石首次推出了应用于模具、汽车、能源、航空等多产业的 “灵狐”系列可换头产品（见图9），通过高精度全螺纹曲线面接触，将重复装卸跳动控制在0.02mm之内，使用一个刀杆即可完成产品粗加工到精加工的全过程。WALTER公司的模块式整体硬质合金刀具系统ConeFitTM，更是集合了整体硬质合金粗加工、精加工、三维轮廓和型面加工等多种功能。

图9 株洲钻石 “灵狐”系列可换头式铣刀

车刀方面，MITSUBISHI的GY系列新型槽加工车削刀具，采用横向、前面、上面三个方向的TRILOCK锁紧机构（见图10），使模块式槽刀锁紧刚性大幅提高，通过多种刀柄与模块的组合，可以实现各种加工方式，实现了刀具的最大集约。

图10 采用三向锁紧的 TRI-LOCK锁紧机构

在孔加工领域，MAPAL公司推出了一款TTD可换头式钻头（见图11），通过更换带内冷孔的钻尖，可以重复使用昂贵的内冷钻杆，从而达到降低损耗、节约成本的目的。

二、刀柄和接口技术向着可靠性、可调节性、高精度发展

作为机床与切削刀具的连接纽带，刀柄及接口技术一直是机械加工刀具最为重要的组成部分之一，刀柄的刚性、精度，也直接影响加工质量的好坏，以及切削刀具乃至机床的使用寿命。

美国Kennametal公司推出了最新的接口装置KM4X（见图12），能够提供最大的刚性，这种高过盈量+高夹紧力的联结方式，保证了从低到高的主轴转速下系统的稳定性。

图12 KM4X接口系统

德国的专业工具系统生产企业Schunk(雄克)公司的新一代TENDO E compact多功能液压刀柄，其扭矩高达900Nm（φ20mm），回转精度可保持在0.003mm以内，在保证回转精度的同时，可以满足传统ER弹簧夹头刀柄、热缩刀柄所无法达到的大切削量加工，也可用于铰、钻、倒角、攻丝等多种工艺加工。

在减振刀柄的开发上，推出了一种独特的Steadyline减振系统。动态减振组件安装在Steadyline面铣刀柄前部。减振组件可以抑制由切削刀具传动至刀柄的振动，防止振动沿刀柄传播，从而减小刀具的弯曲。基于该项技术开发的刀柄，可执行典型的长悬伸加工，以获得更理想的表面粗糙度和生产效率。

SECO公司在刀柄技术上的另一个亮点，是其推出的AXIASETTM长度可调式面铣刀柄（见图13）。AXIASET是一种配有长度调节环的面铣刀柄，可在±1.5mm范围内简捷、可靠地调节Z轴长度。该款刀柄的刚性与整体式面铣刀柄几乎不相上下，调节精度高达20μm，相比于传统的主轴备选解决方案，具有高效率和经济性。 （待续）

图13 AXIASETTM长度可调式面铣刀柄