HELI系列的新發展
2024-1-24 來源： 伊斯卡 作者：技術經理 Andrei Petrilin
在20世紀90年代，伊斯卡HELIMILL產品系列的推出成為了銑削刀具的一個重要里程碑。它運用了一種全新的方法，顛覆了可轉位銑削刀具的設計，并在之后幾年重塑了整個刀具行業。這一突破是通過平行四邊形硬質合金刀片實現的，這種刀片的螺旋型切削刃由刀片的螺旋型后刀面和特殊形狀的前刀面相交形成。HELIMILL的設計理念擁有諸多優勢。(圖1)
首先，當刀片安裝在刀具上時，刀片切削刃的前角和后角的一致性減少了切削力的變化，使得切削過程更為平順。其次，刀片切削刃型的一致性提高了其強度。最后，使用螺旋刃刀片的刀具在旋轉時形成的虛擬圓柱體精度更高，與上一代銑削刀片的直刃相比，有效提高了側刃加工精度。這些發展將HELIMILL的銑削性能提升到了新的高度。
多年來，伊斯卡對經典HELIMILL產品系列刀片不斷改進，成果顯著。如切削刃的螺旋角變得更為鋒利，前刀面的斷屑結構變得更為復雜。結合先進的硬質合金牌號，這些新的設計也將刀片性能提升至了新的高度。不過，平行四邊形的刀片形狀也限制了其可轉位螺旋切削刃的數量最多只有兩個。
為了最大化硬質合金的使用效率，我們又開始對刀片進行新一輪的優化。通過將螺旋型切削刃成功應用到三角形刀片中，我們實現了這一目標。三角形刀片不僅代表其擁有三個切削刃，還帶來了其他的優勢。與其他刀片形狀相比，在切削刃長度相等的情況下，三角形形狀可獲得更寬的刀桿芯部空間。這使得冷卻孔徑尺寸增大，同時可以使用較大螺紋的刀片鎖緊螺釘。這樣一來，便提高了刀片的夾緊剛性，從而提高整個銑削刀具組件的耐用度。此外，三角形形狀還增強了其坡走銑削能力。
總體而言，伊斯卡 HELIMILL產品系列的推出及其后續的發展進步已經徹底改變了銑削刀具行業。得益于螺旋型切削刃和三角形刀片，刀具的性能、精度和耐用度都得以提升，銑削能力也達到了新的高度。
前不久，HELIMILL刀具發展為HELI-3-MILL，這是伊斯卡在過去十年內推出的銑削刀具系列之一。"螺旋刃三角形"的優勢使得HELI-3-MILL在市場上廣受歡迎。當然，我們需要注意這并不代表三角形的刀片形狀將馬上完全取代傳統的有螺旋切削刃的平行四邊形刀片。平行四邊形刀片仍然具有它的競爭優勢。（圖2）
雖然與三角形刀片形狀相比，平行四邊形形狀刀片的寬度較窄，這一點被認為是一個劣勢，但同時這一劣勢也帶來了一定的優勢。首先，較窄的刀片適用于較小刀具直徑的可轉位刀體設計。其次，這種刀片形狀減小了容屑槽的深度，加固了刀體的橫截面。這一特點對于加長排屑槽的玉米銑刀來說尤為重要，因其對刀體剛性和強度要求更高。平行四邊形刀片結構還可增加刀尖半徑。此外，平行四邊形非常適合大進給銑削（HFM）刀片，可安裝在現有的刀槽中，將90度刀具轉變為高效的大進給（HFM）刀具。而且，與“螺旋刃三角形”相比，“螺旋刃平行四邊形”的整體刀片長度更短，而切削長度相同。因此，我們不應忽視平行四邊形刀片的優勢。
90度可轉位銑削刀具的發展巧妙地利用了三角形和平行四邊形兩種刀片的優勢。雖然三角形刀片的概念在現代設計中占主導地位，但平行四邊形刀片的設計仍然有它的道理。基于HELIMILL系列，伊斯卡不斷進行更新迭代，推出更多優質產品。如最近推出的采用平行四邊形刀片的銑削刀具產品表明傳統的設計理念仍然有效，能夠滿足現代制造的需求。一直以來對高溫合金和鈦合金（ISO S應用組）以及難加工的奧氏體和雙相不銹鋼（ISO M應用組）進行銑削都是一個挑戰。但如果采用更有效的冷卻液輸送方式，尤其是精準的高壓冷卻（HPC），可以顯著減少切削刃的熱負荷，提高潤滑效果并促進排屑。
這種冷卻方式會帶來更高的切削數據，增大徑向進給，從而實現更高的金屬去除率（MRR）。此外，高壓冷卻（HPC）有助于形成更緊密卷曲的切屑，適用于容屑槽較小且齒密度更高的刀具。考慮到這些因素，伊斯卡對HELI2000系列（HELIMILL的最新版本）進行了擴展，在刀體內部加入了高壓冷卻液（HPC）通道。利用計算流體動力學（CFD），對這些刀具的設計進行了優化。用戶既可以選擇整體式刀體，也可以選擇可換刀頭式刀體，適用于伊斯卡的模塊化系統，如MULTI-MASTER和FLEXFIT。（圖3）
HELI2000結合了HELIMILL和HELIPLUS系列的發展優勢，融合成為一個全新的產品系列。其中包括采用兩種新的高效硬質合金牌號：IC5600，專為加工鋼材（ISO P組）而設計，以及IC716，專門用于切削鈦合金。并且由于新的切削刃型，刀片的范圍得以擴展。包括具有大正前角卷屑槽的刀片，用于銑削鈦合金，以及用于高效粗加工的切削刃型，以及其他設計。此外，該系列目前還包括有加強型切削刃的刀片，用于對硬度高達60 HRC的材料（ISO H組）進行大進給銑削。新產品也包含屬于伊斯卡鋁合金加工的HELIALU系列，用于加工鋁合金（ISO N組）。HELIALU系列的擴展包括帶有螺紋接口的可轉位立銑刀頭，適用于MULTI-MASTER和FLEXFIT系列，帶有高壓冷卻（HPC）功能。刀頭的模塊化設計顯著增強了HELIALU刀具的適配能力，使其適用于各種MULTI-MASTER和FLEXFIT刀桿、刀柄、延長桿和減徑桿。因此，“螺旋刃平行四邊形”刀片的發展從未停止，傳統的HELIMILL仍在不斷進步。就像辯證法一樣，刀具的發展歷程也是曲折前進的，總結過去的經驗教訓，以實現新的突破。（圖4）
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