CIMT2021部分整体硬质合金刀具展品评述

国际金属加工网 2021年06月21日

与在其他主要工业国家有所不同,整体硬质合金刀具是我国生产量和使用量最大的刀具品种之一。由于以手机为代表的3C产品在我国生产和供应量巨大,使得这类刀具的市场需求量非常大,随之也带来了产能迅速扩张。

近年来,我国整体硬质合金棒料年消耗量近一万吨,主要用于制造和生产这类刀具。除3C行业用量较大外,整体硬质合金刀具还应用于模具汽车航空航天工程机械和通用机械等行业。

CIMT2021展会上,展示整体硬质合金刀具产品的展商比较多,如境外的瓦尔特、伊斯卡、欧士机(OSG)、三菱等,境内的厦门金鹭、株钻、国宏、阿斯图、阿诺、上工、劲锋、耐力、埃特法斯等。以下就整体硬质合金刀具的几个系列进行评述。

一、整体硬质合金铣刀

本次展出的整体硬质合金铣刀产品具有以下特点:

1. 结构

这次展出的多种铣刀大都采用不等齿距结构,同时出现了不等导程、不等槽前角、不等容屑槽前角、不等齿隙角等结构。铣刀采用这种结构,不仅可以在加工过程中降低产生共振的可能性,还能提高刀具寿命和工件的表面精度。

不等切刃设计可抑制切削时的周期性振动a¹b

不等导程结构是基于每个切刃的螺旋角度(导程角q)变化强效抑制振刀,实现优异的精加工表面q1¹q2

2. 涂层

本次展出的各类铣刀,不少采用的是新涂层(至少以前这些涂层用得不多,现大量出现),如纳米蓝(氮化硅)、AlTiNSi、TiAlNSi、AlCrN、DCL彩色涂层以及这些涂层的复合涂层。

其中,DCL彩色涂层可以加工铝合金、铜合金等非铁类材料;AlCrN涂层可以加工高温合金、钛合金、不锈钢等难加工材料;纳米蓝、TiAlNSi、AlTiNSi涂层可以加工硬度在HRC45-70的硬材料。

这次展会上,欧士机(OSG)新推出铜电极加工用DLC涂层硬质合金铣刀(AE-LNBD-N),能够加工出无毛刺的精美铜电极,在保证良好加工表面精度的同时,可以实现无毛刺的光洁加工边缘。这种DLC涂层是OSG针对加工中耐溶着情况而研发的一款涂层,于2020年获得日本专利。新款涂层具有表面光洁度高、摩擦系数低、高耐磨损性和耐溶着性的特点,能应对非铁加工中材料易溶着的加工难点。

AE-LNBD-N采用DLC涂层中的厚涂层—DLC-IGUSS涂层,除具有DLC涂层都有的特点(表面粗糙度优异、耐溶着性好)外,还可以抑制刃尖磨损,实现工具的高耐久性和良好的加工精度。球头部位采用特殊设计,能够实现高品质加工;采用适合铜合金加工的锋利切削刃形状,球头R角精度高,在半径0.2mm及以下型号中,公差带为±0.002mm;在圆弧半径为0.2-1.5mm的型号中,公差带为±0.003mm;在圆弧半径1.5mm以上的型号中,公差带为±0.004mm。

由于有高品质的后刃面,其加工粗糙度优于其他公司产品。在加工时,刀具的倒锥形状与加工面接触为点状接触,可以有效抑制振动和防止崩刃,并且能够提高加工表面精度。优异的柄部精度,对应H4公差(0/-0.004mm)。在紫铜加工案例中,加工2480m之后,AE-LNBD-N的球头部后刃面磨损情况良好,无明显磨损,且可以在加工中一直保持稳定状态,刀具寿命优秀。在铜钨合金材料加工中,刀具磨损情况稳定,磨损宽度仅约为以往产品的一半。


三菱综合材料展出的VFC立铣刀系列采用IMPACT MIRACLE涂层与新超细微粒硬质合金,适用于一般零件、模具加工及精加工,可实现高精度、高效率、高速及长寿命,涵盖通用直角型、大螺旋角高效型及精加工球头型主流常用尺寸。材质沿用涂层单相纳米结晶涂层技术,可实现优异的涂层硬度和耐热性。

瓦尔特公司推出了两种专门用于精加工的整体和可换头整体硬质合金新型弧线铣刀。与粗加工中的动态铣削一样,这两款弧线鼓形铣刀在精加工中可以很好地发挥CAM先进技术的潜力。得益于刃口形状采用更大的圆弧且齿数更多,该组合可大幅节省加工时间。在半精加工和精加工中,全新的刃口形状可以实现极高的步距,并且能够满足精加工中对更高表面质量的要求。

住友公司展出了带有“豆形”内冷却孔的MDM整体硬质合金钻头。据介绍,豆形孔(BeanJet Cooling)的运用源于流体解析技术,豆形的凹面有助于切削液向整个主切削刃分流,这样就能有效地冷却钻尖,从而大幅度减少因钻尖处的切屑粘连而引起钻尖的破损。

劲锋公司展出的硬质合金双芯径铣刀采用双芯径设计,增强了刀具的可靠性,可承受更大的切削阻力,减少刀具变形。U型槽设计可以最大限度增加容屑空间,避免加工中出现崩齿现象,适用于模具钢、钛合金、高温合金、沉淀硬化不锈钢等各种难加工材料。产品有两种槽型:浅槽设计增强了稳定性,可承受更强的切削力,并减少刀具变形;深槽设计增大了排屑槽空间,可实现出色的排屑能力。

厦门金鹭整体铣刀新品包括针对不锈钢加工的us260系列、针对高强度不锈钢加工系列以及特别突出的SS600系列。在铝合金高速高效的加工刀具系列中,铝合金高速铣削加工sa300dst刀具带内冷却孔,适用于精加工的专用刀具系列以及适合侧壁精加工的长刃刀具,可以完美解决航空铝合金加工问题,满足客户需求。

阿斯图展出的MM高效率不锈钢铣刀,集粗精加工于一体。全不等分设计,高效率切削时每个刃的切削震动频率均不同,可实现无震动高效率切削,主要用于不锈钢以及高温合金加工。小圆弧+双直线后角设计,在提高加工面粗糙度的同时可以延长加工寿命。特殊设计的双直线后角使得在切削不锈钢时可以减小切削阻力。变化的槽前角与大切削量相匹配,实现高效率切削,而特殊槽形设计可以使铁屑顺畅排出。

二、整体硬质合金钻头及阶梯钻

对于整体硬质合金钻头及阶梯钻,各个制造厂家都会根据自己的生产经验,针对不同的加工材料设计出独特的钻尖,并根据客户要求设计出不同L/D的刀具。

国宏展出的圆柱柄内冷钻头,直径D=17.5mm,加工深度可达70mm,例如用户加工材料为Q345B、硬度为HRC23的工件时,在n=1750、f=0.4mm/r加工条件下,钻头可在不修磨的情况下加工68m,取得了较好的加工效果。

阿斯图最新推出MM-E系列不锈钢专用钻头,采用适合不锈钢钻头的超细颗粒硬质合金材质,兼备良好的耐磨性和韧性;直主切削刃,以大圆弧顺滑过渡;直进刀角,可调横刃设计。单韧带支撑设计,减少材料回缩产生的磨擦阻力,从而提高加工效率。最新研发的不锈钢专用的NC涂层,耐磨层+耐热层+微细颗粒硬质合金基体,兼备良好的耐磨性、热稳定性和光洁度,适用于不锈钢、高温合金等难加工材料。

埃特法斯展出的硬质合金钻头具有内冷及非内冷结构,规格范围有3D、5D、8D、20D及更长的50D。独特的钻尖设计带来更好的定心能力,能实现充分的断屑效果。与传统刀刃相比,更锋利的新型切削刃采用高抛光表面处理,降低了摩擦系数、切削阻力和扭矩,提高了机床效率,可减少能耗,延长刀具和设备寿命。

三、加工碳纤维以及蜂窝用的铣刀

国宏工具、上工等多个厂家均生产有碳纤维以及蜂窝加工用铣刀。

如下图所示,左1和左2为铣削加工碳纤维外形的铣刀。该铣刀采用金刚石涂层,一般为三螺旋状,为粗铣刀。精铣刀一般使用焊接金刚石铣刀。左图3是在碳纤维板上进行孔加工的钻头。一般来说,该钻头的钻尖角为90度,钻头横刃较小,采用金刚石涂层。

右图为加工蜂窝材料的刀具。它需要与超声波发生器、超声波刀柄配合使用。使用时,超声波发生器发射出频率为10000余Hz的超声波,通过数据线传到超声波刀柄,刀柄接收到超声波后会发出超声波,使刀柄和刀具一起发出微小震动,同时依靠刀具的X、Y或XY方向的移动,达到切削蜂窝材料的目的。

四、整体硬质合金成型铣刀

成型铣刀是根据客户需要,将铣刀的刃口型线设计成客户所需要的形状。通过加工使工件达到客户所需要的尺寸,所以成型铣刀设计制造也是一个公司实力的表现。下图是国宏所设计的成型铣刀,其中一部分是为汽轮机行业设计的叶根铣刀。

叶根铣刀

五、整体硬质合金螺纹刀具

劲锋公司展出的整体硬质合金螺纹铣刀采用了具有良好耐磨性和韧性的材料,能实现高质量、一次成型的内外螺纹加工,加工效率高。有针对软材料和硬材料加工的两种涂层,厚度4-6μm。刃数可达4-8刃,被加工螺纹尺寸稳定。螺纹铣削精度高,切削条件限制少。

六、3C行业用刀具

受3C行业近年来市场活跃的影响,很多厂家纷纷开始涉足3C刀具的设计、生产和制造,3C刀具成为行业应用的一大热点。厦门金鹭展出的3C行业解决方案受到观众关注。


国宏在3C刀具市场的销量较大,某用户使用国宏∅6R1铣刀(总长55mm、刃长10mm、柄径∅8、齿数Z=4)加工材质为316L的手机壳。如下图夹位1、2、4位是端铣,3位为侧铣,可加工手机壳零件达116个,客户对该刀具产品的寿命感到满意。加工切削参数见下表。

深圳金洲展出了目前可量产的全球最小直径钻头,直径仅为0.01mm。据介绍,还能够在超微钻头上做出螺旋槽,呈现犹如“针尖绣花”的绝技。

(协会工具分会CIMT2021展品述评组)

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