可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片（ICI）刀具在齒輪制造過程中起著關(guān)鍵的作用。硬質(zhì)合金刀片刀具具有切削速度快、加工周期短、增強型涂層、采用定制配置、規(guī)格和加工能力多樣化的特點，被廣泛用于精加工和預(yù)磨削應(yīng)用場合。它們繼續(xù)擴大其獨特的性能，并廣泛用于刀具市場。所有這些技術(shù)將在9月10～15日芝加哥第29屆IMTS展會上展出，屆時展會觀眾將親眼目睹加工中心工具系統(tǒng)的進步，并利用雙頭滾刀和各種降低制造成本的新涂層和材料來提高生產(chǎn)效率。
刀具制造商討論可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的未來
在IMTS展會上，刀具制造商們將對齒輪技術(shù)發(fā)展進行深層次的探討，來自英格索爾、格里森、山特維克、山高刀具公司和Banyan全球科技的與會代表將暢談可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的未來，即隨著制造業(yè)主要關(guān)注縮短加工時間和提高切削速度，今后應(yīng)減少高速鋼（HSS）刀具的使用。
拓展經(jīng)營業(yè)務(wù)
在銷售模數(shù)5～25的常規(guī)系列可轉(zhuǎn)位刀具的同時，很多刀具制造商正在向更大和更小規(guī)格的刀具業(yè)務(wù)進行拓展。當(dāng)今制造業(yè)必須增加刀具生產(chǎn)系列，在某種程度上來說，是由變化多端的市場細分引起的。例如：能源、采礦和重工業(yè)領(lǐng)域總是不斷地發(fā)生著變化。為了向這些市場提供工具/工件夾持系統(tǒng)，制造廠已經(jīng)意識到提高靈活性才是硬道理。
“我們通常生產(chǎn)模數(shù)為6以上的硬質(zhì)合金刀片滾刀和銑齒機，”英格索爾公司負責(zé)齒輪加工的產(chǎn)品經(jīng)理FrankBerardi說道。“根據(jù)齒輪和刀具的直徑，我們可以制造更小的產(chǎn)品。在高端市場，幾乎沒有任何限制。例如：我們已經(jīng)生產(chǎn)出海上石油鉆機用的模數(shù)達100的銑齒刀盤。”
“山高公司能提供模數(shù)1～30的粗加工銑刀、模數(shù)6～24的精加工銑刀以及模數(shù)6～24的齒輪滾刀，”瑞典山高刀具公司輸電部國際應(yīng)用專家AlessandroManta介紹說。
“盡管我們并未設(shè)定任何極限，但是仍然受到硬質(zhì)合金刀刀片和機床技術(shù)具體限制的約束。關(guān)于實際極限，我們可以制造模數(shù)1～50的刀具，”Banyan全球科技公司主管銷售的副總裁DarrylWitte說道。
山特維克可樂滿的齒輪切削刀具系列的品種比較齊全，涵蓋模數(shù)范圍為4～40。“在該系列中，共有三大不同的類別，”山特維克可樂滿的行業(yè)和應(yīng)用專家KennethAccavallo說。“我們的CoroMill176全齒形滾刀的模數(shù)范圍4～8；CoroMill177滾刀的模數(shù)范圍8～18；圓盤銑刀的模數(shù)范圍8～40。”
“如果模數(shù)不在5～25范圍內(nèi)，那么在可轉(zhuǎn)位刀具的報價和設(shè)計時，需要大量的調(diào)查研究，”格里森的高級項目經(jīng)理MichaelTennutti說。
小模數(shù)齒輪。英格索爾目前正在開發(fā)模數(shù)范圍4～6的硬質(zhì)合金刀片系列滾刀，計劃降至模數(shù)3。Berardi說：“我們認為這是一個很重要的細分市場，因為在這個規(guī)格范圍內(nèi)有大量的齒輪應(yīng)用，因為齒廓小，遇到的挑戰(zhàn)就是需要采用堅固的設(shè)計，方便用戶使用。我們最初的原型測試已經(jīng)取得了好的成果，預(yù)期不久將有產(chǎn)品上市。”
在可轉(zhuǎn)位刀片工具系統(tǒng)局限于模數(shù)3左右的同時，英格索爾正在提供較小規(guī)格的其他解決方案。“我們已經(jīng)有ChipSurfer銑刀生產(chǎn)線，銑刀配有可更換的硬質(zhì)合金刀頭，被磨削成了成品花鍵漸開線尺寸，”Berardi說。“我們在加工16/32NDP及以下的小花鍵時，已經(jīng)非常成功。”
“山特維克可樂滿正計劃在明年推出模數(shù)3、模數(shù)9和模數(shù)10，”Accavallo說道。“整個產(chǎn)品系列將涵蓋模數(shù)3～10。另外，通過InvoMilling方法的創(chuàng)新，采用五軸機床和標準刀具生產(chǎn)齒輪，我們將能提供更加齊全的產(chǎn)品系列。采用小的可轉(zhuǎn)位工具系統(tǒng)，確實難以加工模數(shù)小于2.5或徑節(jié)約為10的齒輪。山特維克可樂滿正在研發(fā)能夠銑出較小花鍵和齒條的產(chǎn)品，但是目前的滾刀產(chǎn)品還有所限制。”
Banyan公司一直在進行小齒距切削的論述。
“我們已經(jīng)有銑單齒和多齒花鍵的成熟解決方案，并且正在開發(fā)一種密齒可轉(zhuǎn)位滾銑的革命性方法，”Witte說。“迄今，我們只有銑花鍵的刀具，沒有滾銑可轉(zhuǎn)位花鍵的滾刀。在今后幾年里，幾乎每家刀具提供商都會推出一些模數(shù)為1以下的齒輪解決方案。重點討論公差和精度問題，因為更精細的齒輪的公差范圍更加小，并且可轉(zhuǎn)位刀具同樣有重復(fù)性和極小公差極限問題，與齒形無關(guān)。”
格里森公司沒有過多的較小模數(shù)系列的開發(fā)計劃。“目前，用于較小模數(shù)的刀片尺寸范圍受到刀片規(guī)格、需鎖緊及定位刀片的孔等因素的限制。很多開發(fā)計劃都由可轉(zhuǎn)位刀具開發(fā)轉(zhuǎn)向至整體刀具方案，”Tennutti說道。“目前，市場上有小尺寸的刀具出售，這些刀具能將硬質(zhì)合金刀片旋入刀體接桿內(nèi)，用于螺紋銑削和加工漸開線花鍵。”
“小于6的模數(shù)通常需要高質(zhì)量的直接表面處理，使用可轉(zhuǎn)位刀具很難達到要求，”Manta說。“我們將始終面對質(zhì)量問題，但是，要想比整體刀具做得更好，并且由于小尺寸刀具的性價比問題，確實并非易事。”
大模數(shù)齒輪。“大齒輪始終是我們開發(fā)可轉(zhuǎn)位齒輪工具生產(chǎn)線的重中之重，”Berardi說。主要是因為大齒輪刀具更加容易適合可轉(zhuǎn)位工具系統(tǒng)的應(yīng)用。對于大齒輪來說，整體硬質(zhì)合金通常成本過高，因此如果可行往往選擇使用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金的解決方案。大齒輪用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金代替高速鋼（HSS），可以大大地提高生產(chǎn)效率。
Berardi介紹說：“在一次案例研究中：帶181個齒、模數(shù)為20的超大直徑齒輪，客戶用高速鋼滾刀通過兩次走刀完成齒輪加工，加工時間共花了70個小時。使用英格索爾可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片精加工滾刀僅花了六個小時就完成了兩次走刀的精加工工序……共節(jié)約了64個小時，簡直是不可思議，并且AGMA10的質(zhì)量與高速鋼一樣或者更優(yōu)。英格索爾一直關(guān)注采礦、重工、造船、鐵路和油氣行業(yè)的急劇增長。“我們具有為風(fēng)電行業(yè)提供刀具的悠久歷史，雖然近幾年的增長放緩，但是這仍然是一個很重要的客戶領(lǐng)域，”Berardi補充說道。
“國家和地方施行的減免生產(chǎn)稅計劃推動了風(fēng)能市場內(nèi)外增長模式，已經(jīng)不再是什么秘密。采礦業(yè)、農(nóng)業(yè)和其他能源業(yè)在我們的業(yè)務(wù)增長過程中起了很重要的作用，這些行業(yè)仍是我們今明兩年的重點，”Banyan公司的Witte補充說道。
涂層/材料技術(shù)
除了不斷開發(fā)新的刀具型號外，切削刀具技術(shù)還在新涂層和材料領(lǐng)域取得了進步，這會幫助降低制造成本。山特維克正在為齒輪銑削不斷開發(fā)優(yōu)化的材質(zhì)。“我們的目標就是找到可運用更高切削速度和／或較長刀具壽命的基體和涂層，從而最終幫助我們的用戶降低制造成本。”Accavallo說。
格里森公司的Tennutti同意這種說法，他指出：“這些刀片使用了涂層以后，每次轉(zhuǎn)位都可生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品。這些涂層在以較高速度運行時，能耐受高溫，刀片的使用壽命也越長。目前，正在使用更先進的涂層，即AlCroNite涂層。未來涂層的發(fā)展必將不斷增強刀片的性能。”
“對于山高刀具公司而言，涂層是主要的投資之一，Duratomic涂層是我們最具有成就感的產(chǎn)品之一。Duratomic涂層已經(jīng)改變了市場的格局，開發(fā)這種產(chǎn)品具有深遠的意義，”Manta補充說。
“涂層技術(shù)在不斷地進步，看來在幾十年內(nèi)不會停滯不前。最令人關(guān)注的技術(shù)是通過采用新的PVD技術(shù)改善涂層的粘結(jié)性，”Witte說。
英格索爾的Berardi介紹說：“由于我們正在采用的涂層具有經(jīng)過PVD（物理氣相沉積）處理的氧化保護層，其耐磨料磨損性、耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性與通過高溫CVD（化學(xué)氣相沉積）處理的涂層相似，通過使用低溫PVD處理，使刀片的韌性更高、耐磨性更好。另外，涂層前后的表面處理明顯改善了刀具的性能。不管是通過改善涂層的粘結(jié)性、減少裂源位置、降低摩擦力，還是通過使工件的表面更光滑，不同的表面處理的方式都為提高生產(chǎn)效率貢獻頗多。”
訂制刀片的配置
雖然標準的切削刀具已經(jīng)能夠生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品，但是很多公司仍在不斷創(chuàng)新訂制工具系統(tǒng)解決方案，以期在同行中脫穎而出。英格索爾的Berardi說：“訂制刀片已經(jīng)成為英格索爾的一大亮點，通過我們悠久的發(fā)展歷史，我們已經(jīng)積累了很多創(chuàng)新的刀片設(shè)計，包括用于切向安裝的刀片，使可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的齒輪工具系統(tǒng)成為首選可能。我們將一如既往地將重點放在槽形開發(fā)上，如同我們注重材質(zhì)開發(fā)一樣。我們認為它們在關(guān)乎刀片的性能、與零件質(zhì)量和刀具壽命相關(guān)的整個刀具方面都同等重要。”
Tennutti說：“刀片的輪廓可做成在現(xiàn)有整體滾刀或銑削中心上使用的任何形狀。使用這些刀片能夠加工出帶齒底沉割的齒廓、全齒頂圓角、半修頂或曲線形輪廓等。很明顯，與目前的高速鋼切削刀具相比，沒有任何限制。因此，使用硬質(zhì)合金刀片的最大好處是能夠運用更高的切削速度，從而大大減少了切削循環(huán)時間。”
山特維克的Accavallo介紹說：“山特維克采用現(xiàn)代的刀片制造技術(shù)和刀具制造工藝，完全能夠制造和測量具有小公差的齒輪工具。這樣，在保持齒輪質(zhì)量的同時，還可以運用更高的切削速度和進給率。較小的公差可以允許更少的磨削余量，從而提高了生產(chǎn)效率，同時降低了整體生產(chǎn)成本。”
Banyan公司的Witte說：“在工藝改善的計算中，訂制機床和工具系統(tǒng)永遠占主導(dǎo)因素，在制造業(yè)的平衡處于不斷變化之時，很多工具制造商正加緊進入穩(wěn)定的齒輪市場，其中有幾家經(jīng)過專門挑選的具有齒輪背景的廠家，他們掌握齒輪輪齒的專門技術(shù)，以便設(shè)計出最佳的齒輪加工解決方案。這些解決方案主要圍繞著訂制零件，有些客戶十年前就開始使用訂制解決方案，有些客戶正在使用較新的方法和經(jīng)過改進的解決方案，目的都是借此大大降低成本、提高效率和加工精度。”
方興未艾的新技術(shù)
在IMTS展會上，很可能會展出未來可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具的一些亮點。工具系統(tǒng)/工件夾持系統(tǒng)將再次亮相芝加哥展會，成為主打產(chǎn)品，并且所有的參展方都計劃展出其最新的產(chǎn)品/設(shè)備。
“未來可轉(zhuǎn)位刀具的趨勢可能會從使用單一型式的可轉(zhuǎn)位刀片向多種型式的刀片發(fā)展。這些刀片可有多種刀片型式，并且具有轉(zhuǎn)位的功能。這在進行較小模數(shù)齒條類銑削和使用較小齒距模數(shù)滾刀時占有優(yōu)勢。”格里森公司的Tennutti說道。
“由于大多數(shù)情況是滾銑多齒大模數(shù)齒輪，所以多頭螺紋滾刀很占優(yōu)勢。當(dāng)今，多頭螺紋可轉(zhuǎn)位滾刀在該行業(yè)占有一席之地。我們期望看到客戶對這些滾刀有更多興趣，我們將在IMTS上展出雙頭滾刀供大家點評，”他補充說。
山特維克介紹說，InvoMillling和uP-Gear技術(shù)將齒輪生產(chǎn)提升到一個全新的水平，采用這些方法，制造商省時又省錢。憑借uP-Gear技術(shù)，機床成本已不再高于傳統(tǒng)五軸機床的成本，且刀具成本也比使用專用弧齒錐齒輪加工刀具低。最重要的是，與立銑刀銑削工藝相比，加工時間極大地縮短了。同樣，使用標準或類標準工具系統(tǒng)情況下，InvoMilling技術(shù)在確保高生產(chǎn)效率和低成本的同時實現(xiàn)了很高的加工靈活性。這些方法可替代現(xiàn)有的解決方案，最令人關(guān)注的是，這將對今后的可轉(zhuǎn)位切削刀具產(chǎn)生深遠的影響。”Accavallo說。
Accavallo補充說道：“在IMTS展會上，山特維克將展出一款新產(chǎn)品——CoroMill172，可在多任務(wù)機床、加工中心和車削中心上加工齒輪和花鍵。在山特維克可樂滿的“SmartHub”睿智一角，可以看到滾銑機床的整個產(chǎn)品生產(chǎn)線，例如滾刀、粗加工圓盤銑刀、半精加工圓盤銑刀和精加工圓盤銑刀。”
Witte說：“我們正在開發(fā)可轉(zhuǎn)位滾刀生產(chǎn)線。計劃在IMTS上發(fā)布前期方案，Banyan公司的可轉(zhuǎn)位滾刀與眾不同，并且由生產(chǎn)齒輪應(yīng)用的齒輪工程師開發(fā)。我們也看到了成組刀具（雙聯(lián)刀具和三聯(lián)刀具）的巨大推動作用，并將展出我們用于中等齒距零件的最新技術(shù)。”
“我們將展出我們的滾刀、銑齒機和成型機的擴展產(chǎn)品系列，并且還會推出一些令人驚喜的新產(chǎn)品和解決方案。”英格索爾的Berardi說。
Manta表示，山高刀具公司也要在IMTS展會上展出首個雙頭滾刀。IMTS展會還將給參展公司提供一次重點介紹其新的以及成熟的切削刀具解決方案的機會。“可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金解決方案繼續(xù)在該市場占據(jù)一席之地。今后，我們將針對高度專業(yè)化的切削刀具行業(yè)努力開發(fā)更多產(chǎn)品，幫助我們的客戶提高競爭實力。”