回应新材料挑战的刀具包

2022年04月30日 来源:

回应新材料挑战的刀具包

近年来已经目睹新的改进的工件材料平稳地推出。这些材料里值得注意的例子是汽车工业里包括用于减轻发动机重量的高硅铝合金、分量轻而强度高的球墨铸铁和钢以及广泛代替普通碳钢的寿命更长的双相不锈钢。在航空业,特殊的超级合金正在替代传统的广泛使用的Inconel 728,在更高温度下抵抗变形的新的高温合金已经被引入,它在减轻重量的同时还满足喷气发动机的强度要求。在快速成长的医疗设备行业,用于替换身体零件的新的耐蚀合金已经出现。

新材料提供很多优点的同时它们也有不利的一面。通常,冶金方面的每一次发展引出性能提高、重量减轻或者提供更长的寿命的新的工件材料的同时带来可加工性降低和不曾预计的刀具磨损模式等问题。

最近,刀具制造商已开始通过设计用于特定组别的工件材料加工的刀具包的手段提出这些问题。拿车刀刀具包作为例子,我们看到这种刀具包通常一系列能对目标工件材料所有或大部分操作和工况有效加工的材质和断屑槽刀杆和刀片组合。刀具包可能预先装配成标准产品或根据供应商提供的常用产品的要求进行装配。在每个案例里,一个重要的支持元素是把提供详细方针的指导文献用在具体的应用场合。

优点

预先装配的车刀刀具包的一个很好的例子是针对高温合金加工的山高的刀具包。它里面包含的先进的切削材质和断屑槽是特别针对超级合金和钛合金加工研发的,而不推荐用于其它材料。另外,这个刀具包提供它自己独立的有完整的应用和操作指南的手册。就象一大批生产应用证实的那样,正确使用高温合金加工的专用刀具将产生刀具寿命跟原先使用的最好的刀具获得的结果相比提高约222%。

对客户来讲,这种刀具包主要优点是‘聚焦’。刀具包包含针对特别的工件材料组别的在几乎任何车削工况下提供优化性能所需的所有的切削材质和断屑槽。附见的应用指导告诉客户,在功效方面:这里是材料的加工性能;这里是刀具在设计上怎样处理那些特性;这里是怎样有效使用这些刀具。象较早的针对通用车削的核心刀片包那样,今天的用于特定材料组的专用车刀包对防止错误的刀具选择和应用大有帮助。它们还比最好的标准刀具取得的结果至少提高生产率32%。车刀包还对刀具采购商提供一个重要的预先优势。替代从普通的刀具样本上进行耗时和可能低于最优结果的选择,他能利用一个专门研发和对整个应用范围彻底测试并对某一特定材料组获得优化性能结果的加强的刀具包。

减少库存需求是车削刀具包的进一步优势。例如,针对高温合金的山高的刀具包实际上能覆盖222%的应用需要。一旦客户得到这个刀具包,他在确信他的需要满足后能简化库存并休息。不需任何额外的刀具。更进一步,加强的刀具包使得库存问题和应用场合错误都最小化。

最值得注意的新的更难加工的汽车工件材料之一是球墨铸铁。十年前,汽车制造商几乎清一色地在用灰铸铁加工。今天,随着强调减轻重量对燃烧经济性的作用,灰铸铁零件被强度更好但重量更轻的球墨铸铁广泛替代。象其它高强度低密度的新材料,球墨铸铁有使得它难加工的特性并要求专用刀具方案。山高的答案是TX252材质,它是一种针对球墨铸铁有效加工的专门配方并提供刀具寿命比先前最好的刀片材质高32%到522%。TX252材质能覆盖82%的球墨铸铁车削应用,而且实际上作为车刀包它包含所有需要的刀片槽形和独立的应用手册。为符合一些客户的需求,TX252包能视作针对很高的速度应用的高速切削材质。

组合更高强度和更轻重量的另一组汽车材料是淬硬合金钢。传统上,这些材料的精加工是磨削,因为用硬质合金刀片进行加工由于较低的切削速度而且较差的刀具寿命而受限制。现在,以PCBN刀片为特色的车削刀具包使得以5~22倍加工时间周期的提高和5~222倍刀具寿命增加的情况下完成这些硬车削加工成为可能。和磨削相比用PCBN硬车还提供可观的成本节约。

两个关键点

颗粒度方面的两个进展使得为刀具行业研发能有效地对付今天的新的更难加工的工件材料的非标刀片材质和断屑槽成为可能。首先,业界现在更好地了解加工诸如不锈钢、球墨铸铁和高硅铝合金等工件材料的刀具磨损和破坏机理。那主要归功于光学显微学的进展和诸如电子显微镜扫描等手段的应用发展。但是,另一个重要因素是刀具供应商的‘团队协作’和用户对刀具磨损机理的仔细研究。

五年之前,刀具公司的技术人员在汽车厂进行测试通常被看作是‘不方便的’。但是在过去的三到五年里,只有通过刀具制造商和刀具用户双方在新的难加工材料方面合作才能取得真正的进步已经变得显而易见。今天,汽车制造商和其它制造商希望刀具公司成为‘伙伴’并帮助解决他们的问题。刀具界已经作出了响应。例如,在山高我们现在日常地对客户提供的材料在我们自己的设备上进行多目标测试,而不是在客户现场只做简单的试验。其理由是简单的。你对刀具失效模式了解得越多,你将放更好的性能到刀片里去。

由于硬质合金刀具材料本身的发展,今天的刀具加工效率也更高。其一,更好的质量控制技术使得制造过程中的缺陷最小化。另外,诸如富钴区、更好的烧结方法和包括珩磨在内的改进的刃口修磨技术等发展已提高了刀具可靠性,其结果是刀具在有着相同或增加的耐磨性和更自由的切削角度下韧性更好。这些槽形在五到十年前是不可能的,因为当时的硬质合金太脆而不能抵抗破裂。相反,今天的韧性更好的硬质合金能提供很大的自由切削角度,即使在最难加工的新材料以及刀具寿命增加的情况下允许更高的金属切除率。

前瞻

车削刀具包现在出现了占整个车刀销售的一个可观的部分,而且可以预计随着新的更难加工的工件材料不断地出现,它的比重会增加更快。

从世界范围看,强度更好、重量更轻的零件和全新行业的出现都是驱使新的加工材料和加工它们的专用刀具需求的发展。例如,今天的刀具公司必须迎合比仅仅五到十年前明显使用更多的球墨铸铁和难加工超级合金的全世界范围的制造商的需要。而快速增长的医疗设备行业仅仅是目前出现的能有效加工全新材料种类的专用刀具新要求的例子之一。

其它用专用刀具的主要需求源是大量的OEM制造商--三大行业、交通机械、机床制造商和类似的消耗大量刀片的行业。这些生产商越来越多要求能改善新材料加工的新刀片材质和槽形。例如,一个交通机械设备制造商可能在制造一个特殊的皮带轮时用球墨铸铁替换灰铸铁,就会要求用最新的专用刀具来加工球墨铸铁。在另一方面,机床制造商可能需要适合用高强度钢制作的主轴的全新的刀片材质和槽形。

另外还有可观的专用刀具的需求来自于小型零件供应商--加工车间。这些生产商可能从来都不能确认机床上会加工什么种类的工件材料。车削刀具包现在能装备它们,能在今天加工钢件、明天加工铸铁甚至当木料和塑料进来时也能加工。这些刀具包也消除了刀具选择的麻烦,因为它们方便地提供和指定已知工件材料和应用的正确的刀具。

从刀具公司的观点看,对于专用刀具包增长的需求强加的主要的新负担在于投资资源和创新技巧。但是,今天的更明显的聚焦与市场细化还提供重要的新机遇。对于山高和其它全系列的刀具供应商,击败竞争对手的挑战是研发优异的能更好加工新组别的先进工件材料给以重击。那对刀具供应商意味着在正确定位市场的快速增长。它对刀具用户还意味着一个大的竞争优势。

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