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刀具制造商討論可轉位硬質合金刀片的未來

【摘要】:
可轉位硬質合金刀片(ICI)刀具在齒輪制造過程中起著關鍵的作用。硬質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、規格和加工能力多樣化的特點,被廣泛用于精加工和預磨削應用場合。它們繼續擴大其獨特的性能,并廣泛用于刀具市場。所有這些技術將在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

  可轉位硬質合金刀片(ICI)刀具在齒輪制造過程中起著關鍵的作用。硬質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、規格和加工能力多樣化的特點,被廣泛用于精加工和預磨削應用場合。它們繼續擴大其獨特的性能,并廣泛用于刀具市場。所有這些技術將在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效率。

  在IMTS展會上,刀具制造商們將對齒輪技術發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位硬質合金刀片的未來,即隨著制造業主要關注縮短加工時間和提高切削速度,今后應減少高速鋼(HSS)刀具的使用。

  拓展經營業務

  在銷售模數5~25的常規系列可轉位刀具的同時,很多刀具制造商正在向更大和更小規格的刀具業務進行拓展。當今制造業必須增加刀具生產系列,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、采礦和重工業領域總是不斷地發生著變化。為了向這些市場提供工具/工件夾持系統,制造廠已經意識到提高靈活性才是硬道理。

  “我們通常生產模數為6以上的硬質合金刀片滾刀和銑齒機,”英格索爾公司負責齒輪加工的產品經理Frank Berardi說道。 “根據齒輪和刀具的直徑,我們可以制造更小的產品。 在高端市場,幾乎沒有任何限制。例如:我們已經生產出海上石油鉆機用的模數達100的銑齒刀盤?!?/p>

  “山高公司能提供模數1~30的粗加工銑刀、模數6~24的精加工銑刀以及模數6~24的齒輪滾刀,”瑞典山高刀具公司輸電部國際應用專家Alessandro Manta介紹說。

  “盡管我們并未設定任何極限,但是仍然受到硬質合金刀刀片和機床技術具體限制的約束。關于實際極限,我們可以制造模數1~50的刀具,”Banyan 全球科技公司主管銷售的副總裁Darryl Witte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,涵蓋模數范圍為4~40?!霸谠撓盗兄?,共有三大不同的類別,”山特維克可樂滿的行業和應用專家Kenneth Accavallo說?!拔覀兊?CoroMill 176全齒形滾刀的模數范圍4~8;CoroMill 177滾刀的模數范圍8~18;圓盤銑刀的模數范圍8~40?!?/p>

  “如果模數不在5~25范圍內,那么在可轉位刀具的報價和設計時,需要大量的調查研究,”格里森的高級項目經理Michael Tennutti說。

  小模數齒輪。英格索爾目前正在開發模數范圍4~6的硬質合金刀片系列滾刀,計劃降至模數3。Berardi 說:“我們認為這是一個很重要的細分市場,因為在這個規格范圍內有大量的齒輪應用,因為齒廓小,遇到的挑戰就是需要采用堅固的設計,方便用戶使用。我們最初的原型測試已經取得了好的成果,預期不久將有產品上市?!?/p>

  在可轉位刀片工具系統局限于模數3左右的同時,英格索爾正在提供較小規格的其他解決方案?!拔覀円呀浻蠧hipSurfer銑刀生產線,銑刀配有可更換的硬質合金刀頭,被磨削成了成品花鍵漸開線尺寸,”Berardi說。 “我們在加工16/32 NDP及以下的小花鍵時,已經非常成功?!?/p>

  “山特維克可樂滿正計劃在明年推出模數3、模數9和模數10,”Accavallo 說道。 “整個產品系列將涵蓋模數3~10。另外,通過InvoMilling方法的創新,采用五軸機床和標準刀具生產齒輪,我們將能提供更加齊全的產品系列。 采用小的可轉位工具系統,確實難以加工模數小于2.5或徑節約為10的齒輪。 山特維克可樂滿正在研發能夠銑出較小花鍵和齒條的產品,但是目前的滾刀產品還有所限制?!?/p>

  Banyan公司一直在進行小齒距切削的論述。

  “我們已經有銑單齒和多齒花鍵的成熟解決方案,并且正在開發一種密齒可轉位滾銑的革命性方法,”Witte 說?!捌?,我們只有銑花鍵的刀具,沒有滾銑可轉位花鍵的滾刀。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,并且可轉位刀具同樣有重復性和極小公差極限問題,與齒形無關?!?/p>

  格里森公司沒有過多的較小模數系列的開發計劃。 “目前,用于較小模數的刀片尺寸范圍受到刀片規格、需鎖緊及定位刀片的孔等因素的限制。 很多開發計劃都由可轉位刀具開發轉向至整體刀具方案,”Tennutti 說道。 “目前,市場上有小尺寸的刀具出售,這些刀具能將硬質合金刀片旋入刀體接桿內,用于螺紋銑削和加工漸開線花鍵?!?/p>

  “小于6的模數通常需要高質量的直接表面處理,使用可轉位刀具很難達到要求,”Manta 說。 “我們將始終面對質量問題,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?!?/p>

  大模數齒輪?!按簖X輪始終是我們開發可轉位齒輪工具生產線的重中之重,”Berardi說。 主要是因為大齒輪刀具更加容易適合可轉位工具系統的應用。 對于大齒輪來說,整體硬質合金通常成本過高,因此如果可行往往選擇使用可轉位硬質合金的解決方案。 大齒輪用可轉位硬質合金代替高速鋼(HSS),可以大大地提高生產效率。

  Berardi介紹說:“在一次案例研究中:帶181個齒、模數為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。使用英格索爾可轉位硬質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……共節約了64個小時,簡直是不可思議,并且AGMA 10的質量與高速鋼一樣或者更優。英格索爾一直關注采礦、重工、造船、鐵路和油氣行業的急劇增長?!拔覀兙哂袨轱L電行業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域,”Berardi補充說道。

  “國家和地方施行的減免生產稅計劃推動了風能市場內外增長模式,已經不再是什么秘密。采礦業、農業和其他能源業在我們的業務增長過程中起了很重要的作用,這些行業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

  除了不斷開發新的刀具型號外,切削刀具技術還在新涂層和材料領域取得了進步,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優化的材質?!拔覀兊哪繕司褪钦业娇蛇\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?!盇ccavallo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,每次轉位都可生產出更多的產品。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。未來涂層的發展必將不斷增強刀片的性能?!?/p>

  “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品之一。 Duratomic涂層已經改變了市場的格局,開發這種產品具有深遠的意義,”Manta補充說。

  “涂層技術在不斷地進步,看來在幾十年內不會停滯不前。 最令人關注的技術是通過采用新的PVD技術改善涂層的粘結性,”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、耐熱性和耐化學腐蝕性與通過高溫CVD(化學氣相沉積)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效率貢獻頗多?!?/p>

  訂制刀片的配置

  雖然標準的切削刀具已經能夠生產出符合要求的產品,但是很多公司仍在不斷創新訂制工具系統解決方案,以期在同行中脫穎而出。英格索爾的Berardi 說:“訂制刀片已經成為英格索爾的一大亮點,通過我們悠久的發展歷史,我們已經積累了很多創新的刀片設計,包括用于切向安裝的刀片,使可轉位硬質合金刀片的齒輪工具系統成為首選可能。我們將一如既往地將重點放在槽形開發上,如同我們注重材質開發一樣。我們認為它們在關乎刀片的性能、與零件質量和刀具壽命相關的整個刀具方面都同等重要?!?/p>

  Tennutti說:“刀片的輪廓可做成在現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時間?!?/p>

  山特維克的Accavallo介紹說:“山特維克采用現代的刀片制造技術和刀具制造工藝,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,從而提高了生產效率,同時降低了整體生產成本?!?/p>

  Banyan公司的Witte說:“在工藝改善的計算中,訂制機床和工具系統永遠占主導因素,在制造業的平衡處于不斷變化之時,很多工具制造商正加緊進入穩定的齒輪市場,其中有幾家經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,以便設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?!?/p>

  方興未艾的新技術

  在IMTS展會上,很可能會展出未來可轉位硬質合金刀具的一些亮點。工具系統/工件夾持系統將再次亮相芝加哥展會,成為主打產品,并且所有的參展方都計劃展出其最新的產品/設備。

  “未來可轉位刀具的趨勢可能會從使用單一型式的可轉位刀片向多種型式的刀片發展。這些刀片可有多種刀片型式,并且具有轉位的功能。這在進行較小模數齒條類銑削和使用較小齒距模數滾刀時占有優勢?!备窭锷镜腡ennutti 說道。

  “由于大多數情況是滾銑多齒大模數齒輪,所以多頭螺紋滾刀很占優勢。當今,多頭螺紋可轉位滾刀在該行業占有一席之地。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技術將齒輪生產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,機床成本已不再高于傳統五軸機床的成本,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情況下,InvoMilling技術在確保高生產效率和低成本的同時實現了很高的加工靈活性。這些方法可替代現有的解決方案,最令人關注的是,這將對今后的可轉位切削刀具產生深遠的影響?!盇ccavallo 說。

  Accavallo 補充說道:“在IMTS展會上,山特維克將展出一款新產品 —— CoroMill 172,可在多任務機床、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“Smart Hub”睿智一角,可以看到滾銑機床的整個產品生產線,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?!?/p>

  Witte說:“我們正在開發可轉位滾刀生產線。計劃在IMTS上發布前期方案,Banyan公司的可轉位滾刀與眾不同,并且由生產齒輪應用的齒輪工程師開發。我們也看到了成組刀具(雙聯刀具和三聯刀具)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?!?/p>

  “我們將展出我們的滾刀、銑齒機和成型機的擴展產品系列,并且還會推出一些令人驚喜的新產品和解決方案?!庇⒏袼鳡柕腂erardi 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?!翱赊D位硬質合金解決方案繼續在該市場占據一席之地。今后,我們將針對高度專業化的切削刀具行業努力開發更多產品,幫助我們的客戶提高競爭實力?!?/p>

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