切削刀具與可持續加工
2023-10-11 來源：伊斯卡 作者： 技術經理Andrei Petrilin
可持續發展熱潮
近年來，“可持續發展”一詞越來越流行。我們經常能夠在新聞頭條、媒體、科學研究和實踐研討會等各種地方看到它。那么可持續發展僅僅是一個流行語還是當下的熱點問題?
可持續發展的熱潮，源于全球對于主要由人類活動引起的關鍵環境問題及氣候變化的關注與日俱增。反映了我們秉持著為地球和子孫后代的美好未來負責的理念。
因此，從日常生活到商業到交通、從城市規劃到生產加工等各個領域無不體現著可持續發展的理念。毋庸置疑，生產加工應該是可持續的。如今，這個觀點也得到了廣泛的認可。由于加工過程會使用自然資源，消耗能源，產生廢物，污染環境，所以我們只有采用可持續的生產技術才能減輕對環境的負面影響。
金屬加工目前仍是加工機械零件的主要方式。因此，如何使金屬加工可持續發展的這一問題至關重要。切削刀具直接接觸被加工的工件，將其加工成所需的形狀，并把不需要的部分處理成金屬切屑。那么切削刀具能夠成為提高可持續發展的關鍵因素嗎？毫無疑問是可以的！
切削刀具如何促進加工的可持續發展？
盡管與整個工藝系統中的其他元素（如機床，夾具）相比，刀具的尺寸更小，但它在實現可持續加工的過程中依舊發揮著關鍵作用。在加工中材料的去除過程就是一個能源密集型過程。如果切削刀具的設計是高效能的，便可以顯著降低能源消耗。
重要的刀具特性帶來的影響不容小覷。先進的切削刃幾何形狀能夠最大限度地減小切削力，同時減振設計可以減輕刀具因振動產生的切削力顫振。優化的涂層工藝可以提高潤滑性，減小摩擦力。高效的冷卻方式可以減少熱量的產生。綜上所述這些刀具特性都能顯著減少金屬加工對環境的影響。
在許多情況下，切削刀具通常是限制機床性能充分發揮和生產效率提高的重要環節。因此，刀具確保高效率的特性至關重要，其有助于減少切削時間、機床功耗和溫室氣體（GHG）的排放。可靠耐用的切削刀具，能夠提高刀具壽命，減少刀具或刀片更換的頻率，進而縮短由此導致的機床停機時間，最終提高整體加工效率。
此外，使用能夠實現更高表面粗糙度的切削刀具可以減少對于精加工的需求，從而減少加工余量和廢料。這樣一來，便達到了減少加工時間和材料浪費的雙重效果。
因此，“可持續切削刀具”不僅僅是一個短暫的趨勢，而是一個重要的理念，它正逐漸被大眾接受并成為可持續制造中不可或缺的一項基本要求。即使分析刀具的重點依然在其性能上，但刀具的可持續性已成為現代加工中至關重要的因素。了解切削刀具是如何影響可持續發展的各個方面，在很大程度上決定了人們對于現代刀具的需求，并指引了刀具行業的發展方向。
關于伊斯卡刀具是如何提高加工可持續性的案例研究
刀具如何提高加工的可持續性？為深入理解這一問題，我們有必要簡要回顧一下精選的伊斯卡產品。可換頭式刀具這一設計理念顯然有助于切削材料的可持續利用。
伊斯卡產品線擁有可換硬質合金頭的刀具系列，如MULTI-MASTER和SUMOCHAM，通過合理使用硬質合金材料，為回答上述問題提供了一個很好的案例。除節省切削材料這一傳統優勢外，伊斯卡研發的這兩個系列還擁有與可持續發展相關的更多優勢。如MULTI-MASTER和SUMOCHAM系列都具有高重復定位精度，可以實現在線0調整時間。也就代表更換已磨損刀頭無需額外的刀具調整時間，因此大大減少了機床停機時間。
LOGIQ-3-CHAM 繼承和發展了SUMOCHAM鉆孔系列，在其設計上體現了可換頭鉆孔刀具發展的方向。LOGIQ-3-CHAM與其他鉆孔系列的一個明顯不同之處是它擁有三個切削刃，而非傳統的兩個刃。這一變化使刀具的進給量及效率提高了50%。除了提高生產效率外，這種新設計還減少了能源消耗和溫室氣體排放，從而帶來了可持續發展的優勢。例如在低合金鋼的零件上加工直徑為Ø16mm、深度為80mm的孔。伊斯卡LOGIQ-3-CHAM鉆頭的刀具壽命為500個孔，與競爭對手的可換雙刃頭鉆頭相比，加工節拍縮短了26%，能耗降低了19%。因此，二氧化碳排放量也減少了19%。(圖1)
圖1 - LOGIQ-3-CHAM鉆帶有可換硬質合金頭，有3個切削刃。
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刀具的抗振設計對于降低能耗、延長刀具壽命、提高表面粗糙度等方面起著至關重要的作用。伊斯卡基于多種理論原理提出了自己的阻尼減振解決方案。其中包括特殊設計的阻尼減振機構，如減振鏜桿 (圖2) 。同時特殊的抗振切削刃型，也能起到減振抗振的作用。例如，多刃整體硬質合金立銑刀和可換刀頭，其切削刃可以采用變螺旋角和不等齒距的形式；可轉位刀片可以采用鋸齒形切削刃，以實現有效的斷屑 （圖3），也能起到減振作用。此外，這些刀具或刀片具有更好的斷屑效果，也可以提高加工性能。定位槽減徑桿的巧妙設計使其能夠安裝更小尺寸的刀頭，這就擴展了現有刀體的使用范圍，而無需購買新的刀體。這不僅減少了原材料的浪費，還有助于減少溫室氣體的排放。
圖2 -在鏜孔時，使用防振桿可以提高性能并降低功耗。
圖3 - MILLSHRED可轉位銑刀的切屑刃型有助于更穩定的銑削過程和更好的斷屑效果。
增材制造（AM）為刀具設計增添了可持續發展的新特點。首先，增材制造技術能夠生產出與其最終形狀輪廓非常貼合的刀體，從而最大限度地減少對精加工的需求，并顯著降低了刀具材料的消耗。此外，增材制造技術可以更容易地以最佳方式生成內冷通道，從而改善冷卻液通過刀體到達切削區域的輸送。
本文中的示例說明了節能高效、耐用的切削刀具是如何對可持續發展產生技術性重大影響的。這樣的刀具不僅有助于減少能源消耗和浪費，而且能夠節約成本，便于環境管理。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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