以輪轂軸承加工為例,一個工件需要使用7款車刀對外形進行車削和螺紋銑削、3款鑽頭進行軸承前後的孔加工,2款鏜孔刀進行內孔的精加工,以及1款銑刀加工外形。換言之,一個工件完成,需要多種刀具的相互配合才能完成。刀具作為金屬切削加工最常見的耗材,不同品質有不同的售價,一般來說,高品質的刀具千元以上,定製刀具甚至高達萬元。
使用量如此之大,價格卻不菲,除了刀具材料自身造成的高成本以外,還有來自刀具製造的各種輔助工藝成本。比如修磨工藝、鈍化技術、塗層水平、細節檢測等環節,給刀具加了多層「增益buff」。
刀具修磨——寶刀鋒從磨礪出
整體刀具一般是通過工具磨床+砂輪加工而成,銑刀、鑽頭等刀具需要砂輪磨出各式刃口、鋒利的頂角和圓潤的排屑槽,根據刀具材料不同的硬度和韌性,選用的磨削設備以及砂輪工具也各不相同,面對高品質的刀具或者是特殊設計的非標刀具,五軸工具磨床絕對是首選。
工具磨床刀具加工 | 來源:千島機械
除了刀具製造過程中的修磨,在刀具刃口受損的情況下,修磨也是一個極好的節約成本又環保的選擇。鑽頭是刀具中最適合修磨的品類,一把高品質的鑽頭工具最多可以修磨20次,並且在設計初期就有考慮修磨的因素。最常修磨的刀具一般有銑刀、鉸刀和絲錐等品類。通過修磨產生新的刃口,刀具可以再次加入切削加工,繼續「發光發熱」。

刀具鈍化——細節影響成效
刀具鈍化是通過對刀具進行去毛刺、平整和拋光的處理,從而提高刀具質量和延長使用壽命,是處於精磨和塗層之間的工藝。刀具鈍化的主要原因就在於經過砂輪修磨的刀具刃口,一般會存在不同程度的微觀缺口,在刀具使用過程中缺口容易擴展,從而對刃口造成更大的損傷,加快刀具的磨損和損壞。
在如今高速切削應用越來越多的情況下,塗層前的鈍化處理不僅僅是對於刀具的質量進行保障,也是對加工質量的進一步提升。通常的刀具鈍化是通過毛刷、噴砂或者是刀具鈍化機來實現。

刀具塗層——效果顯著的「表面功夫」
如何經濟有效的提升刀具的耐磨性而不降低原有韌性,最好的辦法就是在刀具基體上塗覆一層耐磨性高的難熔金屬,通常有化學氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD)兩種,對於覆蓋的難熔金屬需要硬度高、耐磨性好,耐熱耐氧化以及不與工件產生化學反應的穩定性。

塗層材料的發展,已由最初的單一TiN塗層、TiC塗層,經歷了 TiC—A12O3一TiN複合塗層和TiCN、TiAlN等多元複合塗層的發展階段,現在最新發展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元複合薄膜材料,使刀具塗層的性能有了很大提高。對於有了一定程度磨損的刀具,也可以繼續對其塗覆塗層延長刀具的使用壽命。

刀具檢測——狀態的精準掌握
檢測是生產中確定標準,把控質量的關鍵步驟,對於刀具設計製造也不例外。刀具檢測設備一般有對刀儀、投影儀和萬能刀具測量儀,對刀儀主要用於加工中心等數控設備的對刀準備(如長度等),也用來檢測角度、半徑、階梯長等參數;投影儀的功能也是用來檢測角度、半徑、階梯長等參數。刀具的宏觀幾何形狀和微觀幾何形狀成為每一個刀具廠家關注的問題。通過表面檢測設備完全可以把控幾何形貌,對設計和生產都極為重要。

刀具回收——材料的可持續發展
金屬加工中的環保問題近年來逐漸被大家重視,刀具製造使用的材料,一般都是高速鋼、鎢鋼、硬質合金等高品質材料,由於硬質合金和一些原材料十分有限,金屬鎢預計儲藏量僅能夠使用100年,刀具使用過後直接拋棄對於礦產的消耗嚴重。利用回收的硬質合金生產新的刀具,比從礦石等原始材料提取金屬材料生產刀具可以節省70%的能源,減少40%的二氧化碳排放量,是清潔高效的處理辦法。
刀具管理——以流程優化提升加工效率
隨著工具機的日漸升級換代,刀具使用的管理水平對於工具機的升級速度還有著明顯的欠缺,加工狀態、損耗程度等方面沒有直觀的數據體現,容易減少刀具的使用壽命。刀具的管理流程包括採購入庫、備刀管理、刀具組裝和測量、安裝、刀具檢測、拆卸回收和修磨報廢,通過設備聯網對刀具狀態以及各個流程進行監控管理,是目前比較先進的數位化管理方式。

2021.3.30-4.2,ITES深圳工業展暨第22屆SIMM深圳機械展將再度在深圳國際會展中心(寶安新館)舉辦。更多國際一線刀具品牌以及國內大廠將攜刀具隆重亮相,並配合磨具磨料、硬質合金、超硬材料、工具磨床的加入,為各行業廠商提供完整的刀具耗材採購和加工解決方案。