刀具研發(fā)趨勢(shì)
2019-11-4 來(lái)源：瓦爾特 作者：-
減少二氧化碳溫室氣體排放已成為全世界的目標(biāo)。現(xiàn)在許多地方都在討論征收二氧化碳排放稅。德國(guó)政府設(shè)定了自己的目標(biāo)，即到2030年，德國(guó)的二氧化碳排放量將減少55％。由于新的領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，而人們又要適應(yīng)現(xiàn)有領(lǐng)域，上述要求也對(duì)加工刀具的研發(fā)產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響。這是因?yàn)楝F(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更需要替代驅(qū)動(dòng)器、更新更輕的材料，以及節(jié)省能源和資源的理念。研發(fā)人員看到了對(duì)刀具、新涂層、新加工策略和數(shù)字化解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)修改的巨大潛力，這些設(shè)計(jì)修改可實(shí)時(shí)響應(yīng)現(xiàn)有框架下的各種條件。
圖片1：瓦爾特技術(shù)中心
圖文說(shuō)明：瓦爾特正在位于圖賓根的技術(shù)中心研發(fā)未來(lái)的創(chuàng)新項(xiàng)目。
坡走銑刀可延長(zhǎng)刀具壽命高達(dá)200％
當(dāng)前的趨勢(shì)是用于新型輕質(zhì)鋁-鋰合金。這些材料很快會(huì)壓倒傳統(tǒng)刀具，占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因此，此類應(yīng)用的專用高性能刀具的需求將不斷增加。
例如，由鋁合金制成的飛機(jī)部件的加工量通常高達(dá)90％。根據(jù)所需的零件幾何形狀，需要從金屬上銑出許多坡口和腔體，以確保穩(wěn)定性，并減輕重量。為了經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)高質(zhì)量零件，需要使用高速切削（HSC）工藝對(duì)零件進(jìn)行加工，切削速度最高可達(dá)3000 m/min。切削參數(shù)太低會(huì)導(dǎo)致積屑瘤，從而導(dǎo)致快速磨損和頻繁換刀。由于較長(zhǎng)的機(jī)床運(yùn)行時(shí)間，所以成本較高。因此，專門從事鋁加工的機(jī)床營(yíng)運(yùn)商有充分的理由要求其刀具獲得高于平均水平的切削數(shù)據(jù)和刀具壽命，以及特別高的加工可靠性。
通過(guò)設(shè)計(jì)M2131坡銑刀，瓦爾特的刀具研發(fā)人員已經(jīng)證明了如何應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的要求。90°銑刀配備了新型的可轉(zhuǎn)位刀片，其牌號(hào)為WNN15。這是一種全新的PVD涂層, 使用“HIPIMS方法”制造。HIPIMS表示“高功率脈沖磁控濺射”，這是一種基于磁控陰極濺射的技術(shù)。這種物理涂層工藝的獨(dú)特特點(diǎn)是形成一層極其致密的平滑PVD涂層，這種涂層可降低摩擦力和積屑瘤的傾向。同時(shí)，這種方法提高了切削刃的穩(wěn)定性，并增加了后刀面磨損的抵抗力，從而實(shí)現(xiàn)了最大的金屬去除率。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試已經(jīng)證實(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)類型相比，HIPIMS可轉(zhuǎn)位刀片很有優(yōu)勢(shì)。刀具壽命延長(zhǎng)了200％。瓦爾特的銑削高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Wolfgang Vötsch說(shuō)：“用于加工鋁合金的高性能刀具需求正在不斷增長(zhǎng)，特別是在航空工業(yè)和汽車行業(yè)，需求越來(lái)越多。”
動(dòng)態(tài)銑削–專注效率的銑削策略
圖2：動(dòng)態(tài)銑削
圖文說(shuō)明：動(dòng)態(tài)銑削策略需要合適的工件、銑削刀具、機(jī)床和CAD/CAM系統(tǒng)
許多行業(yè)（特別是供應(yīng)行業(yè)），都面臨著提升加工穩(wěn)定性、加快加工速度、降低加工成本、確保加工質(zhì)量的壓力。在要求加工可靠性和成本效率的要求同時(shí)，還對(duì)表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性做出同樣嚴(yán)格的要求。此外，對(duì)輕質(zhì)或耐熱材料的需求也在不斷增長(zhǎng)。但是，由于這些性質(zhì)，來(lái)自ISO M和ISO S材料組的這些材料通常都很難精確加工。
動(dòng)態(tài)銑削為此領(lǐng)域提供了解決方案，同時(shí)確保了生產(chǎn)效率和加工可靠性。這就是為什么越來(lái)越多的金屬加工公司都依賴這種方法的原因。
高性能切削與高動(dòng)態(tài)切削
高性能切削（HPC）與高動(dòng)態(tài)切削（HDC）之間的區(qū)別是銑刀的運(yùn)動(dòng)和受力不同。在高性能切削過(guò)程中，銑削刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)，切深相對(duì)較小；而在高動(dòng)態(tài)切削過(guò)程中，CAD/CAM控制系統(tǒng)沿著加工工件形狀期間刀具運(yùn)行的路徑進(jìn)行控制。這樣可防止或至少可減少非切削時(shí)間。而且，高動(dòng)態(tài)切削的切削深度比在傳統(tǒng)高性能切削中要大得多，即行程距離減小，因?yàn)榭梢允褂谜麄€(gè)的刀具長(zhǎng)度。
高性能切削過(guò)程中的包絡(luò)角往往很大。因此，過(guò)程中的受力也很大。這樣會(huì)加快刀具和機(jī)床主軸的磨損。另一方面，動(dòng)態(tài)銑削的特征在于加工穩(wěn)定性高、刀具使用壽命長(zhǎng)。通常來(lái)說(shuō)，高動(dòng)態(tài)切削所選用的包絡(luò)角很小，即刀具和機(jī)床的受力比高性能切削要小得多。與高性能切削相比，高動(dòng)態(tài)切削具有較高的切削參數(shù)、較小的非切削時(shí)間和較大的加工穩(wěn)定性，所以其金屬去除率非常高。
自適應(yīng)進(jìn)刀控制：使用實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化
長(zhǎng)期以來(lái)，自動(dòng)化、數(shù)字化和聯(lián)網(wǎng)工藝一直得到很多金屬加工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，非常普及。特別是，用于收集和分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的硬件和軟件在性能上產(chǎn)生了巨大的飛躍。
Comara iCut軟件工具證實(shí)了這種工具如何為優(yōu)化工藝提供的眾多機(jī)會(huì)。自適應(yīng)進(jìn)刀控制實(shí)時(shí)分析輸入的機(jī)床數(shù)據(jù)并相應(yīng)地對(duì)加工進(jìn)行調(diào)整。這回答了許多用戶的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。即在不對(duì)工藝進(jìn)行重大更改或執(zhí)行復(fù)雜的重新編程工作的情況下，如何充分發(fā)揮機(jī)床的效益？
圖3：Comara iCut
圖文說(shuō)明：iCut根據(jù)切削條件動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)刀量。這樣可縮短單件的生產(chǎn)時(shí)間，從而提高加工可靠性。
i Cut軟件可大大縮短單件加工時(shí)間。該軟件已與現(xiàn)有的控制程序集成，并將該程序中的數(shù)據(jù)應(yīng)用于加工過(guò)程。在切削第一刀期間，iCut會(huì)“學(xué)習(xí)”主軸的空轉(zhuǎn)輸出以及每刀的最大切削效率。隨后，它最多測(cè)量主軸輸出500次每秒，并在每種情況下自動(dòng)調(diào)整進(jìn)刀量。也就是說(shuō)，機(jī)床始終以每種刀具的最大進(jìn)刀量運(yùn)行。如果切削條件發(fā)生變化（切削深度、加工余量、磨損等），iCut會(huì)實(shí)時(shí)調(diào)整速度和輸出。這不僅對(duì)工件的加工時(shí)間有積極影響，而且優(yōu)化的銑削特性還提高了加工可靠性。作用在主軸上的力更加恒定，還延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。如果有斷刀的危險(xiǎn)，iCut會(huì)立即減少進(jìn)刀量或完全停止動(dòng)作。瓦爾特?cái)?shù)字化解決方案經(jīng)理Florian Böpple說(shuō)：“使用我們iCut的客戶，其加工效率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了驚人的提高。如果加工工序兼容，則加工時(shí)間可縮短10％。我們已經(jīng)設(shè)法將加工時(shí)間再縮短一半。當(dāng)數(shù)量很大時(shí)，這將騰出大量的機(jī)床加工能力。”此外，無(wú)論是否使用瓦爾特刀具，此方法都有效，只需滿足機(jī)床的系統(tǒng)要求即可。
使用“Xtended技術(shù)”銑削
瓦爾特最近展示了全新一代Xtra•tec®XT銑刀的潛力。他們將設(shè)計(jì)改進(jìn)與高性能切削刀具材料結(jié)合在一起。也就是說(shuō)，其重點(diǎn)關(guān)注的是提高生產(chǎn)效率和加工可靠性。最引人注目的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是可轉(zhuǎn)位刀片的安裝位置，其傾斜度更大，接觸面更大。這降低了刀座的表面壓力，同時(shí)增加了穩(wěn)定性。較大的螺釘孔橫截面使可轉(zhuǎn)位刀片更加穩(wěn)定，而較長(zhǎng)的螺釘將其更牢固地固定到位。刀體更加結(jié)實(shí)，刀片座后面的支撐材料更多。
圖4：Walter Xtra•tec® XT方肩銑刀
圖文說(shuō)明：Walter Xtra•tec® XT方肩銑刀和面銑刀可滿足方肩銑和面銑的所有要求，可加工所有工件材料組。
除了提高加工可靠性外，刀片的特殊安裝位置還可增加額外的一個(gè)齒，從而提高生產(chǎn)效率。方肩銑刀精確的90°方肩有助于減少原本需要進(jìn)行的額外精加工工序。易于拆裝的刀片螺絲優(yōu)化了操作，有助于防止安裝錯(cuò)誤。
特別適用于面銑的M5009銑刀的另一個(gè)新功能是，銑刀可使用較小的可轉(zhuǎn)位刀片。這些正是當(dāng)前朝著減少加工余量的趨勢(shì)。M5009銑刀結(jié)合了較小的切削深度和雙面可轉(zhuǎn)位刀片的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，其中有八個(gè)有效切削刃，而不是常見的四個(gè)。由于這些切削刃特點(diǎn)以及可減少額外精加工工序，該銑刀的可獲得更高加工效率。
我們的創(chuàng)新還擴(kuò)展到可持續(xù)性方面。作為Walter Green的一部分，Xtra•tec®XT銑刀的生產(chǎn)和供應(yīng)鏈均進(jìn)行了二氧化碳補(bǔ)償?shù)幕顒?dòng)。
以下四例充分說(shuō)明了我們正在引領(lǐng)金屬加工行業(yè)中的發(fā)展方向， 即刀具、加工策略和數(shù)字創(chuàng)新領(lǐng)域。同時(shí)，它們重點(diǎn)介紹了四種方法，這些方法表明了存在的商機(jī)以及應(yīng)對(duì)未來(lái)趨勢(shì)和挑戰(zhàn)的方法。
請(qǐng)?jiān)L問(wèn)瓦爾特官網(wǎng)：www.walter-tools.com
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