CIMT2019展品述評(píng)|部分孔加工、螺紋及齒輪加工刀具

由中國(guó)機(jī)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(guó)國(guó)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(guó)內(nèi)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(duì)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(píng)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(tǒng)性能可靠和多功能性的優(yōu)勢(shì)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(jié)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)品的外觀似乎與其他可換刀頭類(lèi)型的鉆削產(chǎn)品沒(méi)有區(qū)別，同樣配有冠齒刀片、內(nèi)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(shè)計(jì)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，顯著改善了排屑性能，減少了切屑對(duì)刀頭的沖擊磨蝕。“多冷卻孔”設(shè)計(jì)（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(xiàn)切屑堵塞，同時(shí)還可迅速帶走切削部位的熱量，從而延長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的鉆尖角度以及自定心的橫刃設(shè)計(jì)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(hù)設(shè)計(jì)，可減少崩刃；刃帶同樣采用增強(qiáng)設(shè)計(jì)，適用于液壓歧管應(yīng)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(duì)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(xì)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(shè)計(jì)，可減少切削力，適用于在航天航空行業(yè)材料以及醫(yī)療設(shè)備合金材料加工中切斷長(zhǎng)切屑。FS的HPC槽型則針對(duì)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(shè)計(jì)，可避免加工中常見(jiàn)的退刀時(shí)崩刃和裂紋現(xiàn)象，其特殊設(shè)計(jì)的容屑槽結(jié)合前刀面冷卻孔設(shè)計(jì)，可迅速排出切屑。所有這些刀片均采用143度的鉆尖角設(shè)計(jì)，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(dú)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(qiáng)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(diào)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(shè)計(jì)，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(duì)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(yīng)對(duì)加工應(yīng)用中各種嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

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(xiàng)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(jié)構(gòu)正在申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)），通過(guò)內(nèi)、外刀片依次分層切入工件，切入平緩沖擊小，內(nèi)刃形成連續(xù)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(shè)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(dá)Ra1.6以下）；第三是軸向?qū)蚩拐窦夹g(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(wěn)定性，同時(shí)又能形成直徑中心、周向和孔底三位一體的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，有效提高刀具的抗振（刀片結(jié)構(gòu)也申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)）；第四是采用內(nèi)、外刀片間切削力精確平衡技術(shù)，基于線速度精準(zhǔn)分析刀具切削力的平衡性，通過(guò)理論計(jì)算、有限元和試驗(yàn)多種方法交替驗(yàn)證刀具的平衡性，當(dāng)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(xiàn)了內(nèi)、外刀片獨(dú)立平衡技術(shù)，即在淺孔鉆刀體采用不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，刀片采用波形凸切削刃結(jié)構(gòu)，兩者的結(jié)合可以達(dá)到內(nèi)、外刀片的獨(dú)立徑向平衡能力，嚴(yán)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(wěn)定性大幅提升；第六是刀片基于工況采用特定槽型結(jié)構(gòu)技術(shù)，由于鉆孔時(shí)外徑大的位置線速度高，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(duì)工況獨(dú)立設(shè)計(jì)特定的槽型，切削穩(wěn)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(fù)雜刃形技術(shù)，波形切削刃能有效降低單位切削刃負(fù)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(wěn)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(wěn)定可靠；雙螺旋內(nèi)冷孔既能精準(zhǔn)冷卻，又能輔助排屑；獨(dú)特的切削刃設(shè)計(jì)能讓刀具切入順暢，通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)低阻高效加工。株鉆認(rèn)為，這一系列獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能幫助用戶(hù)降低加工成本，提升加工效率，實(shí)現(xiàn)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(guó)外品牌的客戶(hù)增加對(duì)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(duì)包括金洲在內(nèi)的國(guó)內(nèi)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)線和種類(lèi)較多，其他類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)增長(zhǎng)彌補(bǔ)了這一影響。對(duì)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(yīng)用高峰。此外，義齒類(lèi)牙科加工產(chǎn)品近年的發(fā)展勢(shì)頭非常好，這對(duì)包括金洲在內(nèi)的微型刀具制造商來(lái)說(shuō)都是一種機(jī)遇。

圖4  深圳金洲超精密微型鉆頭

5. 森泰英格高精度可調(diào)鉸刀和可轉(zhuǎn)位鉸刀 

在森泰英格的鉸刀展臺(tái)，展出了更高精度可調(diào)鉸刀和可轉(zhuǎn)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(diào)鉸刀和可轉(zhuǎn)位鉸刀

6. 好優(yōu)利經(jīng)濟(jì)型反锪沉孔刀具BSF

好優(yōu)利公司展出的經(jīng)濟(jì)型反锪沉孔刀具BSF最大反锪沉孔直徑可達(dá)孔直徑的2.3倍（圖6）。BSF刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，使得反锪沉孔工序不需要翻轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)形成了鮮明的對(duì)比。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到推薦的速度時(shí)，刀片打開(kāi)至工作位置。通過(guò)機(jī)床的內(nèi)冷壓力可以控制刀片的收回。

圖6  好優(yōu)利經(jīng)濟(jì)型反锪沉孔刀具BSF

BSF刀具是為實(shí)現(xiàn)反锪沉孔的自動(dòng)化加工而設(shè)計(jì)，工作時(shí)不需要止動(dòng)裝置，不需反轉(zhuǎn)及其他任何機(jī)床輔助裝置。刀片擺動(dòng)式的收回機(jī)構(gòu)、配合機(jī)床內(nèi)冷壓力驅(qū)動(dòng)的原理保證了刀片不會(huì)因?yàn)殍F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(dāng)主軸達(dá)到推薦轉(zhuǎn)速時(shí)，刀片展開(kāi)至工作位置；2. 在反锪沉孔結(jié)束后，活塞在冷卻液壓力作用下推動(dòng)刀片開(kāi)始翻轉(zhuǎn)；3. 在刀片收回刀體過(guò)程中，壓力面翻轉(zhuǎn)直至將刀片完全推入刀體中；4. 當(dāng)?shù)镀耆杖氲扼w之后，刀具可沿軸向原路退出工件。

圖7  好優(yōu)利經(jīng)濟(jì)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(duì)于普通標(biāo)準(zhǔn)螺母來(lái)說(shuō)，每一對(duì)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(fù)應(yīng)用后（在螺栓上多次擰緊擰松）仍能繼續(xù)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(nèi)螺紋的齒形（內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)形狀不變，以此來(lái)解決螺紋件在高溫、強(qiáng)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)位銑刀

圖9 瓦爾特多排齒螺紋銑刀

對(duì)于可轉(zhuǎn)位銑刀，瓦爾特在三排齒的基礎(chǔ)上增加了兩排齒和一排齒的結(jié)構(gòu)。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(bǔ)償次數(shù)，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(jié)合其加工工藝流程設(shè)計(jì)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(yīng)對(duì)切削加工中的挑戰(zhàn)。

圖10 星速I(mǎi)NNO滾刀

在滾刀生產(chǎn)中，最具有挑戰(zhàn)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(dá)到了最小的水平，幾乎可以避免滾刀側(cè)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(shè)計(jì)相結(jié)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(jù)滾齒時(shí)的載荷情況，設(shè)計(jì)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(wěn)定性之間的平衡。星速專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)在分析客戶(hù)的應(yīng)用細(xì)節(jié)后設(shè)計(jì)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(yàn)表明，刀具壽命顯著提高時(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(duì)于普通滾刀，INNO滾刀的壽命能夠提升高達(dá)80%，可幫助客戶(hù)顯著降低刀具單件成本。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(biāo)準(zhǔn)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(jù)星速技術(shù)人員介紹，INNO剃齒刀在測(cè)試中相較于同類(lèi)產(chǎn)品有很高的優(yōu)越性，一般的標(biāo)準(zhǔn)剃齒刀能加工2800-3300件，而星速的INNO剃齒刀加工達(dá)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(hù)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(zhuǎn)擠壓成型的加工方式，這一設(shè)計(jì)理念是基于高效加工和加工經(jīng)濟(jì)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(jié)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(qū)域。其堅(jiān)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(yàn)中，INNO倒棱刀都顯著提升了壽命（如在汽車(chē)齒輪加工中，INNO倒棱刀比傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型倒棱刀具可提升兩倍的壽命）。此外，采用INNO旋轉(zhuǎn)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(jié)合，使齒輪的粗加工成為全干式切削，無(wú)需冷卻液。