航空航天工業(yè)零件制造中，一個(gè)明顯的趨勢(shì)就是難加工材料的使用增多。這體現(xiàn)在具有更高的強(qiáng)度和耐熱性能的新合金的引入，復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，以及金屬-復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)材料的使用。
為應(yīng)對(duì)這些難加工材料的挑戰(zhàn)，金屬加工行業(yè)基于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床和CAM系統(tǒng)的強(qiáng)大能力，引入了新的切削策略。在整個(gè)加工環(huán)節(jié)中，直接接觸被加工材料并在加工過程中去除工件的最終環(huán)節(jié)是切削刀具，它是整個(gè)加工過程中最“保守”的一環(huán)，其發(fā)展較為緩慢，往往會(huì)阻礙先進(jìn)機(jī)床性能的充分發(fā)揮。為了克服現(xiàn)有的加工難題，必須降低切削參數(shù)，這就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下和加工成本增加。顯而易見，在刀具領(lǐng)域的每一個(gè)哪怕是微小的進(jìn)展，都有可能為加工這些難加工材料帶來顯著改善。因此，金屬加工行業(yè)對(duì)切削刀具領(lǐng)域的最新進(jìn)展充滿期待，希望刀具能夠幫助金屬加工更上一層樓。
那么對(duì)于有效加工難切削的航空航天材料用的刀具，主要的要求是什么呢?簡(jiǎn)而言之，它們需要具備硬度高、耐用且精確的特性，以實(shí)現(xiàn)高效加工，同時(shí)確保可預(yù)測(cè)且穩(wěn)定的長(zhǎng)刀具壽命以及所需的精度水平。滿足這些合理的要求需要付出巨大的努力，也會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)。每一項(xiàng)新進(jìn)展都涉及大量的研發(fā)工作以及廣泛的測(cè)試。
因此，刀具研發(fā)的重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面：
? 切削材料的牌號(hào)
? 刀具設(shè)計(jì)
? 刀具的數(shù)字化組件
在切削材料方面，重點(diǎn)是提高硬度、耐磨性和高溫強(qiáng)度。通過引入新的涂層，特別是基于納米技術(shù)的涂層，以及擴(kuò)展使用超硬切削材料(如立方氮化硼CBN和陶瓷)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
在刀具設(shè)計(jì)方面，改進(jìn)的重點(diǎn)在于優(yōu)化宏觀和微觀幾何刃型，例如切削楔形設(shè)計(jì)和切削刃處理，以提高切削性能。計(jì)算機(jī)建模結(jié)合計(jì)算力學(xué)和增材制造(AM)的強(qiáng)大能力，為塑造切削刃、卷屑槽和內(nèi)冷通道的形狀提供了全新的可能性。這有助于更好的排屑和冷卻液的供應(yīng)，從而提升刀具性能。一個(gè)關(guān)鍵方向是通過先進(jìn)的切削幾何刃型來提高刀具的抗振性，增強(qiáng)刀具結(jié)構(gòu)的剛性，并采用減振刀柄。
刀具的數(shù)字化組件包括數(shù)字孿生及各種軟件產(chǎn)品，這些可以實(shí)現(xiàn)虛擬組裝、加工仿真、切削參數(shù)選擇、刀具壽命估算以及必要的計(jì)算，如確定加工功率和切削力等。伊斯卡期望這一組件能夠與數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)兼容，以滿足與日俱增的智能制造的需求。
伊斯卡應(yīng)對(duì)之策
在伊斯卡——刀具制造領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，最新的LOGIQUICK新產(chǎn)品發(fā)布中，這些顯著趨勢(shì)清晰可見。
伊斯卡推出了兩款全新的具有PVD涂層的硬質(zhì)合金牌號(hào)：IC1017是伊斯卡專為車削加工鎳基高溫合金(HTSA)而推出的牌號(hào)，IC716則專為高性能可轉(zhuǎn)位銑削鈦合金而設(shè)計(jì)。伊斯卡還擴(kuò)展了減振整體硬質(zhì)合金立銑刀系列，新增了采用青銅色I(xiàn)C608硬質(zhì)合金牌號(hào)的產(chǎn)品，該牌號(hào)是ISO S組應(yīng)用(切削高溫合金和鈦合金)的首選。此外，伊斯卡的工程師還研發(fā)了一款I(lǐng)C5600硬質(zhì)合金牌號(hào)，專用于銑削鋼材(ISO P組)。該牌號(hào)結(jié)合了亞微米基體、CVD涂層和涂層后處理技術(shù)，提高了抗磨損性和耐熱負(fù)荷，特別是在加工高強(qiáng)度鋼時(shí)，能夠提高切削速度。
CERMILL是一款全新的立銑刀系列，采用可轉(zhuǎn)位單面圓形刀片，產(chǎn)品頗具亮點(diǎn)。首先，該系列采用了一種巧妙的高剛性刀片夾緊機(jī)制，與相同直徑的類似刀具的典型設(shè)計(jì)相比，這種機(jī)制允許增加刀具齒數(shù)，并且能夠簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)和更換刀片，無需將立銑刀從刀柄上取下。其次，這些刀片采用了專門為加工高溫合金(HTSA)而研發(fā)的陶瓷材料。
伊斯卡還擴(kuò)展了其抗振產(chǎn)品系列，采用創(chuàng)新的內(nèi)置減振機(jī)制以增強(qiáng)減振效果。伊斯卡還在其車削系列中增添了適用于加工深度為柄徑12倍和14倍的減振鏜桿。此外，銑削系列中還包括帶MULTI-MASTER接柄的減振刀柄。
QUICK-X-FLUTE是一款全新的加長(zhǎng)槽的套式銑刀系列，專為在粗銑加工中實(shí)現(xiàn)高金屬去除率(MRR)而研發(fā)，適用于難加工材料，如高溫合金和鈦合金(ISO S)、奧氏體和雙相不銹鋼(ISO M)以及鋼(ISO P)。這款“玉米”銑刀采用高性價(jià)比的雙面方形刀片，有8個(gè)可轉(zhuǎn)位切削刃。該銑刀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特點(diǎn)是優(yōu)化的刃型，在確保銑刀剛性的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)高去除率時(shí)有效的切屑流動(dòng)。QUICK-X-FLUTE銑刀還配有內(nèi)冷，能夠精準(zhǔn)輸送高壓冷卻液，并配備可更換噴嘴和前端噴口，確保直接將冷卻液輸送到切削區(qū)，從而改善冷卻和潤(rùn)滑效果，優(yōu)化切屑控制。
冷卻液供應(yīng)已成為現(xiàn)代刀具設(shè)計(jì)中主要的關(guān)注點(diǎn)。在PICCO系列微型車刀中，伊斯卡推出了帶有內(nèi)冷通道的新型刀片。在孔加工方面，伊斯卡推出了全新三刃硬質(zhì)合金鉆，有三個(gè)冷卻液出口。在刀具夾持方面，伊斯卡最新推出的刀柄沿刀柄孔新增了冷卻通道。此外，在伊斯卡經(jīng)典的HELIMILL可轉(zhuǎn)位銑刀系列中，研發(fā)工程師升級(jí)了設(shè)計(jì)，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件最大限度地提高流量，最小化壓降。
伊斯卡還對(duì)NEOITA系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，它是伊斯卡數(shù)字工具組件的重要組成部分。NEOITA是一個(gè)專家系統(tǒng)，能夠?yàn)樘囟☉?yīng)用推薦最優(yōu)刀具解決方案及預(yù)測(cè)刀具壽命。如今，NEOITA還包括一些新功能，其中之一就是由人工智能支持的信息檢索，專門用于檢索有關(guān)工件材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括其冶金成分和常見用途。
在難切削的航空航天材料加工中提高性能是一項(xiàng)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，刀具制造商不斷努力提供更先進(jìn)、更高效的解決方案。雖然尚未出現(xiàn)突破性的技術(shù)革新，但近期的發(fā)展表明金屬加工領(lǐng)域正在穩(wěn)步前進(jìn)。