用小直径可转位刀具替换整体硬质合金刀具

■ 伊斯卡公司可转位铣刀技术经理 Andrei Petrilin

长期以来，整体硬质合金旋转刀具主控着直径＜20mm的刀具市场。人们对整体硬质合金刀具产生这一由来已久的认知，往往出于为刀具的可靠性做出保险的选择。可转位刀具的制造商们甚至没有能成功地渗入占领这一整体硬质合金刀具的堡垒。

下面列举人们在做出选择时考虑的两个重要因素：其一，从获取高精度加工的角度来看，整体硬质合金刀具比可转位刀具更有优势，直径越小，整体硬质合金刀具的优势就越明显。然而，随着整体硬质合金刀具直径的减小，刀具精度（如跳动精度）降低，这将对刀具寿命带来显著的负面影响。其二，可转位刀具由可转位刀体、可转位刀片以及装配用机械夹紧部件组成，夹紧螺钉或楔块之类的夹紧部件用以确保刀片安置于刀体定位槽内。意欲缩减刀具直径，减小装配组件尺寸很有必要。然而，紧固零部件尺寸的缩小会导致其强度减弱，使得刀具不能承受常规切削参数下的切削载荷。这会严重限制刀具的应用范围，进而使得刀具整体装配结构变弱甚至失效。

事实上，相比于可转位刀具的概念，小直径整体硬质合金刀具的价格往往更高，这使大家进一步意识到小直径范围内可转位刀具的重要性。

提供可转位刀具作为选择

在上述直径范围内使用可转位刀具有几个显著的优势，这在用户眼里非常具有吸引力。在许多案例中，特别是粗加工切削刃失效时，采用可转位刀具时仅需对刀片进行简单的转位操作，非常经济合算；而采用整体硬质合金刀具时则需用全新的刀具替换已报废的刀具。采用可转位刀具还带来额外的好处，那就是免除了对失效的整体硬质合金刀具进行既浪费时间也浪费资源的重磨及重涂层操作。

刀具制造商们迎接来自整体硬质合金刀具概念的挑战并取得了显著的进展，开发出基于可靠设计且具有商业化可行性的小直径可转位刀具。在这一方向的努力已经有了成果，夹持可转位刀头或可转位刀片的铣刀及钻头已能用于替代整体硬质合金刀具。

颇具竞争力的性能

可换硬质合金刀头式刀具的推出昭示着关注焦点的转变。例如，伊斯卡就推出了两种基于这一理念的刀具，那就是变形金刚立铣刀（MULTI-MASTER）系列及变色龙钻（CHAMDRILL）系列。

新式刀具凭借其性能及精度特性在功能上能与整体硬质合金刀具设计相匹敌。这类系列的共性是，一个刀头能装夹于不同的刀体；反之一个刀体能装夹不同的刀头，有助于生成丰富多样的装配组合，促成刀具库存件数的减少。

另一重要的设计——“快换刀头，无停机时间”，也是可换头式刀具的特征之一，因无需浪费时间在重新装夹调试刀具上，能实现刀体夹持于机床主轴上就能在机更换失效的刀头。这能消减加工周期，并进而降低生产成本。与此相反，当整体硬质合金铣刀或钻头失效，新一轮的刀具装卸周期则不可避免。

另外，这一概念确保继承了整体硬质合金刀具的所有相关优点。在所探讨的直径范围内，“可换刀头式”硬质合金刀具凭借其原理在刀具设计方面具有更明显的优势和特点。变形金刚立铣刀系列（MULTI-MASTER）最小直径为5mm；束魔变色龙钻（SUMOCHAM）最小直径为6mm；变形金刚立铣刀还能用于加工沉头螺钉孔，中心钻最小直径为1mm。

LOGIQ系列带来全新的视角

伊斯卡全新逻辑·智胜LOGIQ系列推出了小规格的可转位旋转刀具。公司推出好几个系列的名义直径不大于20mm的刀具。接下来扼要地回顾这些系列以更清晰地理解这些新式刀具是否能打破整体硬质合金刀具的壁垒。

最让人感兴趣的是新系列可转位铣刀，直径范围为8～16mm。这些系列推荐用于方肩铣或大进给铣削。具有几个共性的特点：夹持带3个切削刃的三角形刀片，紧固刀片的机械部件为夹紧螺钉。然而，看上去相似的结果却来自于不同的设计思路。HELI3MILL及MICRO3FEED系列铣刀直径范围为10～16mm，采用了经典的刀片锁紧设计，即夹紧螺钉通过刀片中心孔对刀片进行夹紧；而NANMILL及NANFEED系列铣刀直径范围为8～10mm，采用了以下概念的夹紧方式。在如此小的直径范围内，如前所提及的过刀片中心孔夹紧螺钉，无法提供可被接受可实操的解决方案。在新的概念中，螺钉置放于刀片前刀面上方，夹紧螺钉头充当了楔块的角色（见图1）。这提供了可靠的刚性夹紧，刀片因无中心孔的结构而均质耐用，使得刀片转位简捷。

按预计，这些系列将用于紧凑部件的制造，不同工业领域如模具工业的小尺寸型腔铣、挖槽加工以及小型零部件的铣削加工，也用于小型零部件的生产制造。

图 1

小改变带来大冲击

1mm的改变是多还是微不足道？对于小直径范围内的可转位刀具而言，这将带来大大的不同。伊斯卡最新推出直径为5 m m的束魔变色龙钻（SUMOCHAM）刀头，标志着为可换头式钻头应用范围带来了重大的进步（见图2）。

图 2

在小直径范围内，可换头式刀具能提供高精度及高性能的优势，使得其成为传统整体硬质合金刀具的有力竞争对手。可转位刀具正在切入金属切削实践领域，值得大家关注。