通用刀具和齿轮刀具的发展进入全面更新换代阶段
通用刀具通常指麻花钻、丝锥、立铣刀等量大面广的标准刀具,长期给人的印象是结构简单、型式固定、切削效率不高,属低档产品,近年来虽有发展,但总体上进展不大。此次展览会上琳琅满目的这类产品,却宣告了通用刀具已进入高性能、优质、的新阶段。从参展的通用刀具产品可以看出,这类刀具的进步首先表现在所用刀具材料的普及化,如果说高性能钴高速钢曾是国外工具厂在制作特殊需要的丝锥、钻头、立铣刀时才采用的材料,那么从这次参展公司所提供的资料中可见,含钴高速钢和性能更好的粉末冶金高速钢、细颗粒硬质合金材料已在很广的范围里得到采用,如日本不二越公司的SG-FAX系列立铣刀和SG-ESS钻头、FRANKEN公司的TOPLINE系列的多数立铣刀品种、瑞士Fraisa公司的CUT-X RF苞米系列立铣刀和Polytap-R同步丝锥系列等。与此同时,用细颗粒整体硬质合金制造的钻头、丝锥、立铣刀已是多数国外工具公司的常规产品,如Guhring公司用整体硬质合金制造的Ratio系列钻头、丝锥,以及该公司的Si3N4陶瓷钻头和LEITZ金属加工公司的金属陶瓷立铣刀新材料。这些高性能新材料与TiN、TiCN、TiAlN、MoS2、金刚石膜等复合涂层的结合,成倍地提高了这类刀具的切削性能,也扩大了对淬硬钢、模具钢等难加工材料的应用范围。例如日本不二越公司的AQUA麻花钻,用细颗粒硬质合金制造,并涂覆耐热、耐摩、润滑涂层,在高速湿式加工结构钢、合金钢(SCM)时,切削速度200m/min,进给速度1600mm/min,加工效率提高2.5倍,寿命提高2倍;干式钻孔时,切削速度150m/min,进给速度1200mm/min。又如EMUGE公司的HI-TEC、Multi-Tap系列丝锥,适合加工结构钢、铸钢、淬硬钢、锻钢、球墨铸铁(GGG70)、不锈钢、铸铝合金等多种材料。该公司推出的高速丝锥在普通铸铁上的攻丝速度可达100m/min。
此外,各公司在采用优质材料的同时,还以他们长期积累的丰富加工经验,根据不同的被加工材料、不同的工序,为满足高速切削、干切削的要求,对这类刀具的结构加以优化,包括螺旋角、槽形、齿数、冷却方式、钻尖形状或端齿形式、柄部结构、切削刃负荷分布等,使切削过程更合理,切削力减小,排屑顺畅,切削效率提高,切削温度降低,刀具寿命增加,加工精度提高。为此,形成了众多的系列产品,一些通用刀具专业厂产品的品种规格以数万计,以产品的多样化实现加工的化。日本不二越公司生产的专门加工不锈钢的UG钻头,根据不锈钢易硬化的特点,在结构上改进了钻尖刃磨形状和槽形,改善钻尖的切削条件,减少刀尖的挤压,减轻了硬化程度和刀具的磨损,使排屑畅通,热量散发加快,提高了不锈钢的加工效率。日立公司的Epoch多功能立铣刀可进行三维切削,包括侧切、槽切、窝切、镗孔(扩孔)、斜切、成形加工等。又如Guhring公司的RT800 WP可换硬质合金刀片的钻头,其钻尖形状、刃带形状、夹紧结构、刀杆刚性都有利于提高钻头的加工效率和精度。
量大面广的通用刀具的全面进步意味着在占切削加工60%以上的钻孔、攻丝、沟槽、轮廓铣削等加工领域里,加工水平有了显著提高,这对于切削加工整体水平的提高,以及制造技术向着高速、高效、精密加工方向发展起到了重要作用。
与上述通用刀具的情况相似,在齿轮刀具展品中,包括小径加长齿轮滚刀、径向剃齿刀、斜齿插齿刀以及Wafer插齿刀等,尽管它们的结构及采用高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢、整体硬质合金材料等事实早已为人们所熟知,但众多展品所反映出的发展深度和普及广度同样使人感到它们已成为齿轮刀具的主流,代表着齿轮加工和齿轮刀具的水平和发展方向,正在推动着齿轮刀具领域的更新换代。据意大利SU公司和美国Star公司介绍,目前这两家公司的齿轮滚刀已完全采用粉末冶金高速钢制造,既可用于齿轮的湿式加工,也可用于干式加工。随着齿轮干式滚削工艺的发展,整体硬质合金滚刀的应用也不断增加。Star公司称该公司的整体硬质合金滚刀与高速钢滚刀销售量之比已达1∶1(年产量分别为2万把)。由于硬质合金滚刀进给量小,影响生产率提高,对机床的要求较高,还可能因意外碰撞而损坏,因此Star和SU公司将采用美国Crucible公司推出的一种新型粉末冶金材料,牌号为CMP REX 76、CMP REX 121,由硬质合金粉末与高速钢粉末配制而成,其性能也介于这两种材料之间,滚削速度可达150~180m/min,同样可适用于湿、干切削,用于干式切削时配合采用TiAlN涂层,这将有利于新型齿轮刀具的进一步普及。
近年来,国内工具厂为满足轿车制造等行业引进生产线的刀具国产化需要,也开发了优质的通用刀具和新型齿轮刀具。此次参展的上海工具厂有限公司、哈尔滨工具厂、汉江工具厂、四平兴工刃具厂、成都英格刀具模具有限公司等单位分别展出了新开发的刀具。其中上海工具厂有限公司展出了精磨的含钴高速钢和整体硬质合金刀具,如油孔钻、直槽油孔阶梯钻、球头立铣刀、球头锥度立铣刀、各种曲线成形立铣刀、PCB钻头及各种钻尖类型的硬质合金麻花钻等。其中直槽油孔钻、阶梯钻等产品已供应上海大众等汽车厂使用。该厂还展出了小直径加长滚刀和小模数径向剃齿刀。四平兴工刃具厂也展出了整体硬质合金钻头和立铣刀系列产品。汉江工具厂、贵阳工具厂和台湾陆联公司等分别展出了含钴高速钢制造的圆磨法滚刀、小直径整体滚刀和径向剃齿刀,产品已供应汽车行业应用。这些产品的开发为提高我国切削加工水平,缩短与国外产品的差距迈出了可喜的一步。我国是通用刀具大国,在迅速改变其落后面貌,加快升级换代方面还任重道远,大有可为。
通用刀具和齿轮刀具更新换代式的发展,在很大程度上还依赖于刀具加工专用机床的开发应用。可以说正是因为有了高性能的CNC数控工具磨床、丝锥螺纹磨床、齿轮刀具磨床等先进设备,工具厂才能生产出尺寸和性能稳定可靠的各种结构参数和形状、多品种、高精度的通用刀具和修形复杂的精密齿轮刀具。工具专用机床制造商已经成为工具行业结构的重要组成部分。在本届展览会上,世界上一些的工具专用机床公司均展出或介绍了产品。其中生产CNC数控工具磨床的公司如Walter、Agathon、Ewag、Rollomatic、Sorenco、Schutte、Junger等均参加了展出。参展产品反映了当前数控工具磨床的发展特点:通过多轴控制和联动,增加机床柔性,扩大加工品种;提高数控系统的功能,采用Windows操作系统,附有计算机的功能和操作键盘,开放式的软件,3D仿真,远程诊断和联网功能;直线运动轴采用光栅/编码器闭环控制等。其中Walter公司开发了Helitronic Power系列的生产型、迷你型、修磨型系列数控工具磨床以适应不同的需求,并配套开发了新型刀具测量仪与磨床联机使用,根据测量结果对磨削过程进行自动控制和调整,以提高生产率和产品质量。该仪器为非接触式光学测量仪,一台仪器可同时联接几台CNC数控工具磨床。
此外,SU、Reishauer等公司分别展出了剃齿刀磨床和丝锥螺纹磨床。其中SU公司的RSB 18 CNC八轴数控剃齿刀磨床采用了先进的直线电机、特种无刷电机、高精度光栅、砂轮自动平衡等新技术,以及包含了SU公司丰富的剃齿刀刃磨经验的应用软件,机床的加工效率可提高50%。国内的武汉机床厂、咸阳机床厂也展出了数控工具磨床。武汉机床厂HSP250数控滚刀开刃磨床采用了高精度蜗轮、调频电机、伺服进给、CBN砂轮等新技术,提高了磨头的刚性,可实现粗、精磨一次安装完成,加工效率和精度都有很大提高,首批两台机床已销往美国。此外该厂还展出了四轴三联动的数控拉刀磨床MK6110,可自动检测拉刀几何参数,并向数控系统传递数据。