切削刀具与可持续加工

伊斯卡技术经理 Andrei Petrilin 伊斯卡 2023-10-12

切削刀具直接接触被加工的工件，将其加工成所需的形状，并把不需要的部分处理成金属切屑。那么切削刀具能够成为提高可持续发展的关键因素吗？毫无疑问是可以的！

可持续发展热潮

近年来，“可持续发展”一词越来越流行。我们经常能够在新闻头条、媒体、科学研究和实践研讨会等各种地方看到它。那么可持续发展仅仅是一个流行语还是当下的热点问题?

可持续发展的热潮，源于全球对于主要由人类活动引起的关键环境问题及气候变化的关注与日俱增。反映了我们秉持着为地球和子孙后代的美好未来负责的理念。

因此，从日常生活到商业到交通、从城市规划到生产加工等各个领域无不体现着可持续发展的理念。毋庸置疑，生产加工应该是可持续的。如今，这个观点也得到了广泛的认可。由于加工过程会使用自然资源，消耗能源，产生废物，污染环境，所以我们只有采用可持续的生产技术才能减轻对环境的负面影响。

金属加工目前仍是加工机械零件的主要方式。因此，如何使金属加工可持续发展的这一问题至关重要。切削刀具直接接触被加工的工件，将其加工成所需的形状，并把不需要的部分处理成金属切屑。那么切削刀具能够成为提高可持续发展的关键因素吗？毫无疑问是可以的！

图1 - LOGIQ-3-CHAM钻带有可换硬质合金头，有3个切削刃。

切削刀具如何促进加工的可持续发展？

尽管与整个工艺系统中的其他元素（如机床，夹具）相比，刀具的尺寸更小，但它在实现可持续加工的过程中依旧发挥着关键作用。在加工中材料的去除过程就是一个能源密集型过程。如果切削刀具的设计是高效能的，便可以显著降低能源消耗。

重要的刀具特性带来的影响不容小觑。先进的切削刃几何形状能够最大限度地减小切削力，同时减振设计可以减轻刀具因振动产生的切削力颤振。优化的涂层工艺可以提高润滑性，减小摩擦力。高效的冷却方式可以减少热量的产生。综上所述这些刀具特性都能显著减少金属加工对环境的影响。

在许多情况下，切削刀具通常是限制机床性能充分发挥和生产效率提高的重要环节。因此，刀具确保高效率的特性至关重要，其有助于减少切削时间、机床功耗和温室气体（GHG）的排放。可靠耐用的切削刀具，能够提高刀具寿命，减少刀具或刀片更换的频率，进而缩短由此导致的机床停机时间，最终提高整体加工效率。

此外，使用能够实现更高表面粗糙度的切削刀具可以减少对于精加工的需求，从而减少加工余量和废料。这样一来，便达到了减少加工时间和材料浪费的双重效果。

因此，“可持续切削刀具”不仅仅是一个短暂的趋势，而是一个重要的理念，它正逐渐被大众接受并成为可持续制造中不可或缺的一项基本要求。即使分析刀具的重点依然在其性能上，但刀具的可持续性已成为现代加工中至关重要的因素。了解切削刀具是如何影响可持续发展的各个方面，在很大程度上决定了人们对于现代刀具的需求，并指引了刀具行业的发展方向。

图2 -在镗孔时，使用防振杆可以提高性能并降低功耗

关于伊斯卡刀具是如何提高加工可持续性的案例研究

刀具如何提高加工的可持续性？为深入理解这一问题，我们有必要简要回顾一下精选的伊斯卡产品。可换头式刀具这一设计理念显然有助于切削材料的可持续利用。

伊斯卡产品线拥有可换硬质合金头的刀具系列，如MULTI-MASTER和SUMOCHAM，通过合理使用硬质合金材料，为回答上述问题提供了一个很好的案例。除节省切削材料这一传统优势外，伊斯卡研发的这两个系列还拥有与可持续发展相关的更多优势。如MULTI-MASTER和SUMOCHAM系列都具有高重复定位精度，可以实现在线0调整时间。也就代表更换已磨损刀头无需额外的刀具调整时间，因此大大减少了机床停机时间。

LOGIQ-3-CHAM 继承和发展了SUMOCHAM钻孔系列，在其设计上体现了可换头钻孔刀具发展的方向。LOGIQ-3-CHAM与其他钻孔系列的一个明显不同之处是它拥有三个切削刃，而非传统的两个刃。这一变化使刀具的进给量及效率提高了50%。除了提高生产效率外，这种新设计还减少了能源消耗和温室气体排放，从而带来了可持续发展的优势。例如在低合金钢的零件上加工直径为Ø16mm、深度为80mm的孔。伊斯卡LOGIQ-3-CHAM钻头的刀具寿命为500个孔，与竞争对手的可换双刃头钻头相比，加工节拍缩短了26%，能耗降低了19%。因此，二氧化碳排放量也减少了19%。(图1)

刀具的抗振设计对于降低能耗、延长刀具寿命、提高表面粗糙度等方面起着至关重要的作用。伊斯卡基于多种理论原理提出了自己的阻尼减振解决方案。其中包括特殊设计的阻尼减振机构，如减振镗杆 (图2) 。同时特殊的抗振切削刃型，也能起到减振抗振的作用。例如，多刃整体硬质合金立铣刀和可换刀头，其切削刃可以采用变螺旋角和不等齿距的形式；可转位刀片可以采用锯齿形切削刃，以实现有效的断屑（图3），也能起到减振作用。此外，这些刀具或刀片具有更好的断屑效果，也可以提高加工性能。定位槽减径杆的巧妙设计使其能够安装更小尺寸的刀头，这就扩展了现有刀体的使用范围，而无需购买新的刀体。这不仅减少了原材料的浪费，还有助于减少温室气体的排放。