图1 伊斯卡公司技术总监吴江先生

高效率切削刀具是所有刀具制造厂商所追求的最终目标，可刀具的高效率加工不是哪一个指标可以决定的，刀具的结构、刀具的材料、刀具的几何参数和被切削材料等，都会影响刀具的实际加工效率，总之，刀具需要从多方面进行保障，才能称之为高效率切削刀具。

刀具制造业是一个传统产业，一直被称为是机床的牙齿，虽然小，但是起到的作用不容小觑。刀具的成本仅占制造企业总成本的3%～5%，却影响着15%的加工成本。目前，刀具技术比较成熟，所以它的发展一般被看作是一种渐变的过程，梦想有一天醒来，刀具世界变了样，基本不可能。刀具技术一直处于不断优化状态，不断优化与不断进步的积累，也会发生突破性的飞跃。在CIMT2011上，我试图从琳琅满目的刀具产品中整理并总结出高效率的切削刀具和技术，发现，高效率的切削刀具与刀具本身的材料、结构、几何特性，以及刀具涂层都有很密切的关系。

图2 Beyond Blast的独特设计

对加工参数的综合考量

在为客户提供刀具的时候，伊斯卡秉承的原则是：为客户提供最合适的刀具，而不是最贵的刀具。在伊斯卡的展台上，技术总监吴江先生说，对于硬质合金而言，如何提高刀具的使用寿命是个问题。“我们认为刀具的寿命可从两个角度来看待，一是追求最低成本时的寿命，一是追求最高生产率时的寿命。不同的用户目的不同，对于追求最低生产成本的客户，就要适当调整切削参数，如降低切削速度等，就可以获得更长的刀具使用寿命；而对于追求最高生产效率的客户，如汽车零部件生产线中，为了保证加工节拍，必须追求切削效率，此时言及的刀具寿命完全不同。”那么，什么才是高效率切削刀具呢？吴总的回答很简明扼要，高效率刀具即高的金属去除率。哪些因素贯穿其中，还要从一个公式开始说起。以铣削为例：

金属去除率Q=ap×ae×Vf/1000cm3/min

进给速度Vf=fz×N×Zn mm/min

ap-轴向切削深度

ae-径向切削深度

fz-每齿进给量

Zn-刀具齿数

N-主轴转速

从中不难看出，影响切削的因素，也就是影响金属去除率的指标很多，人们往往以为高速加工就可能会带来高效率，其实是不全面的。高速加工仅仅是切削速度的提高，转速一并提升，但却导致其他参数相应减小，如每齿进给量、切削深度。而高效加工关联着多种因素，要把全部参数提升，这对刀具企业来说就是一种挑战，“因为耐磨性和强度是两个相悖的因素，自然界中，一种材料要么抗弯强度高、韧性好，但是不耐磨；要么就是耐磨，但是强度低。所以要达到高效率就要把这两个因素进行综合，使每个参数都要提升。”

图3 iLock接口

吴总介绍了伊斯卡一款在高效率加工中表现较突出的刀具T490，这是一款螺旋刃蝴蝶铣刀。材料方面，在比较强韧的硬质合金基体上，增加了其耐磨性，使寿命增加；而且同时经过SUMO TEC涂层后处理之后，进一步增加了材料的性能。结构方面，除了特殊改进设计使加工齿数增加外，T490采用立装方式进行夹紧，使加工过程中能够承受更大的载荷，从而加大进给和切深。刀片刃口，强刃处理，使每齿进给、切削深度这些参数相应提高，还要保持其锋利性。“T490就是把锋利和强度兼顾，切削起来很轻快。目前在汽车工业领域的应用很成功，包括铣削刀具、镗孔刀具；另外在航空工业钛合金的加工中，也有出色表现。T490可以为客户带来200%的效率提升。”吴总说道，因此我们在谈高效率切削刀具时，不能单纯从速度去看，而是要把高效率切削刀具看作一个系统工程，只有很好地平衡各个参数之间的关系，才能获得想要的效果。

结构改变带来效益提升

现在大多数设备制造商都在其数控机床上采用高压冷却润滑的方式，以在加工难切削材料时发挥更大的潜力。但在传统的冷却工艺中，冷却液射流只是大致对准加工区域，可实际使用的部分比例很小，因此在有效利用冷却液方面，我们还可以做更多。肯纳金属近期推出的Beyond Blast平台，相比较原来业内通常从刀柄处开冷却液槽的做法，又提高了一个层次。

Beyond Blast平台实际是一种精密的冷却技术，使用了刀片冷却液渠，不仅可以将冷却液输送到切削区域，而且可以将冷却液直接输送到刀刃与材料的接缝处，确保更有效的冷却液输送。这一突破性的创新使得刀具的使用寿命延长到标准刀片使用寿命的4倍，而且具有更卓越的切削性能，更好地实现切屑控制。据介绍，该项技术的出现使得加工钛合金时的效率有了根本的变化。因为现如今钛合金加工面临的加工挑战是，高强度、极易发生化学反应、热传导性低，Beyond Blast另辟蹊径的研发理念让这些问题迎刃而解。

图4 第二代小魔王刀具

Beyond Blast有铣削和车削两种应用。与传统输送冷却液系统相比，用于车削的Beyond Blast技术可以将刀具使用寿命延长200%，而在铣削应用中，这一数字可升至300%。最实际的好处在于，如果客户现有的设备中多数应用的是低压冷却方式，那么采用Beyond Blast后，将无需任何改造，就可以将生产效率提升75%，采用低压条件同样可以实现许多高压性能的优点。这为客户减少了巨大的投资压力，免去了对冷却系统进行改造的费用，成本大量节省。从此可见，刀具结构的改变对加工效率的提升、成本的减少带来了巨大好处。

连接方式提升精度等级

在实际加工中，不仅是刀片本身的设计元素会影响加工效率，如仿形车削、高速加工、螺纹切削和精铣削等加工，对刀片和刀体的连接稳定性也会提出较高要求，因为这会直接影响加工的精度、速度以及效率。

如高速加工时作用在刀片上的离心力非常大，一旦刀片的夹紧出现问题，其瞬间爆发的摧毁力量不亚于一颗子弹。常规的刀片夹紧方式无法避免刀片产生微崩刃或刃线破裂进而出现刀片失效的刀片细微位移。这就使得在高速切削期间不得不频繁换刀，其结果是既耗时又费钱。又如仿形车削加工中，刀具路径的变化会在刀片上施加额外的径向力，由此导致刀片在刀片座内部出现非常轻微的位移，当这些一般不超过几微米的微小位移不断地重复出现时，就足以使切削刃出现较大移位，从而导致加工性能下降，在精加工工序中尤其如此。

一种来自山特维克可乐满的技术——iLock接口应运而生。它的研发得益于沉割槽加工、端面切槽、镗削和某些车削与仿形加工的CoroCut切断与切槽刀具的经验。这种位于刀片底面的V形导轨面正好与刀体中对应的槽相配合，在机械弹性与坚固性之间能够达到很好的平衡，适合现有工序所涵盖的刀具材料和所用的切削工艺。iLock接口推出后，用户可以直接感受到其带给车削、铣削与螺纹切削的好处，它提供的加工稳定性不仅延长了刀具的使用寿命，而且还提高了加工效率。

图5 MAPAL技术总监行百胜先生

利用连接方式的改善来提升加工效率的，还有山高刀具在2011年5月推向市场的第二代的小魔王刀具。山高产品管理部副经理相华峰先生介绍说，第二代小魔王刀具采用了最新的接口连接方式——冷轧式螺纹连接，而且螺距和连接时的力量都是根据刀头的大小来确定。从而使精度得到了很大提升，径向跳动保证在15μm，轴向跳动保证在20μm，进一步提高加工效率。现在第二代中只有钢质刀杆，但2011下半年硬质合金刀杆就会面世。除此之外，第二代小魔王刀具增加了刀刃数量，现在大概在5～8个切削刃，根据不同刃数，效率提升不同，最少也能提升30%～40%。为了进一步提高刀具寿命，第二代小魔王刀具还采用了物理涂层MP3000，专门面向半精加工到精加工的应用。

另外，顾先生认为，“高效率切削刀具主要还是铣削策略的改善。比如加工模具钢，这种材料本身很硬，一般硬度在70HRC，要是再用刀具去切的话，对刀具的寿命就会有很大影响，这时我们就要选用不同的铣削策略，采用高速铣削、高进给铣削，或者片皮法、插铣等工艺。通过提高切削参数来补偿传统加工时采用的一些大切深、大走刀量造成的效率的损失。这里可以采用高速切削，速度快，但是切深很小，这样就能减小切削产生的热量，从而提高刀具寿命。还有一种方法是高进给，这样可以省去半精加工的过程，从粗加工直接到精加工。”

刀具领域的多面手

MAPAL作为在业内以非标刀具解决方案最为知名的公司，一直将提高加工效率作为服务客户的首要目标，并且有一系列高性能的产品能够满足客户不同的需要。目前，MAPAL除了最具竞争力的精密铰刀及镗刀、金刚石复合刀具、整体硬质合金钻头以外，还推出了一系列的铣刀，这些铣刀主要用于提高难加工材料的去除率。“以螺旋玉米铣刀为例，该款产品可以用于大孔径的加工，加工更灵活，高金属去除率减少了加工时间。”MAPAL 技术总监行百胜先生介绍说，该款产品与传统圆弧铣刀相比，金属去除率提高达40%。而且设计中采用了高性价比的四刃可转位刀片，可以有8个有效切削刃，此外，优化的排屑提升了可转位刀片的寿命。

“目前，MALPAL是中国唯一一家同时具备刀具、夹具生产能力的企业，所以我们正在中国市场推进‘MAPAL Re-tooling’产品加工改造项目。”行总说道，re-tooling就是用现有的设备完成新的项目，“随着产品的多样化和短周期化，re-tooling变得越来越有必要。柔性、多功能的机床使客户在不需要改变原有设别就可能实施re-tooling。re-tooling技术不但能确保产品生命周期的成本，同时可以确保设备的进一步利用。”

从产品拓展，一直触及解决方案和后期服务，刀具制造商都在努力地做着角色转换，当然，高效率加工一定是所有发展的前提，未来，高效率的切削刀具必将涵盖更广泛的意义。