超硬材料網

　　如今的工業產品正不斷向尺寸和尺度微小化發展。越來越多的產品（如醫療和牙醫設備、移動電話、筆記本電腦、航空航天和電子零部件等）的加工都要求切削刀具和工具系統更加小型化甚至微型化。
　　埃莫克公司（Emuge Corp.）總裁Peter Matysiak認為，為了滿足瑞士式加工、高速銑削、螺紋銑削及攻絲等的加工需要，對微細化加工和開發微小型刀具的需求正在與日俱增。
　　埃莫克公司最近推出的產品也清楚地表明，螺紋銑削工藝的應用正在增長。Matysiak指出，“現代機床技術的進步使螺紋銑削在多種應用領域（如醫療、航空航天、國防和計算機工業）成為一種重要的孔加工方法。現在的CNC機床或者是桌面型的小型機床，或者是裝有精密主軸和可夾持這些微小型刀具的刀柄的較大機床，其主軸轉速可達到60000r/min或更高。”
　　埃莫克公司為加工難加工材料（如不銹鋼、鈦合金、K-Monel銅鎳合金、Hastelloy鎳基合金、Inconel鉻鎳鐵合金等）新開發了整體硬質合金微型螺紋銑刀系列，從而消除了絲錐破損的可能性及其后果，并在加工完整孔底螺紋時不再需要采用手動攻絲，可加工出一扣以內的孔底螺紋。
　　微型螺紋銑刀可用于通孔和盲孔的螺紋銑制，可獲得極好的螺紋表面質量和尺寸精度。Matysiak說，“為了能成功地攻絲或銑制螺紋，各種刀具要聯手進行加工，因此刀柄必須具有特別高的精度，這一點非常重要。因此，我們不會只生產一種刀具而不生產能正確夾持該刀具的刀柄。”
　　“由于微細加工的微小尺度，加上生產效率與刀具投資高回報的雙重要求，通常選用整體硬質合金而不是高速鋼作為刀具材料，”山高Tesco公司（Seco Tesco.）總裁Rob Keenan解釋說，“刀具的幾何結構、涂層和基體材料是決定用于特定加工的正確刀具的三個要素。”
　　為了優化刀具的加工效率，加工每一種工件材料都要求硬質合金刀具材料的成分有所變化。Seco Jabro迷你系列立銑刀近來在涂層、硬質合金牌號和切削幾何參數設計等方面的拓展，使刀具更適合加工較硬的材料（如淬硬鋼、鈦合金）、較軟的材料（如鋁合金、銅合金）和高磨蝕材料（如石墨）。這些新型刀具的直徑可小至0.1mm。
　　兩種新型Seco Jabro迷你系列整體硬質合金立銑刀的直徑范圍為0.1－2.0mm，分別采用了球頭結構和牛鼻結構。JM100系列是專為加工硬度為HRC65的工具鋼而設計的；而JM400系列則專門用于加工鋁合金和銅合金。Seco Jabro迷你系列與全系列硬質合金立銑刀互為補充，可為諸如模具、醫用零件、航空航天、通用機械等行業的各種加工提供更高的加工效率。
　　在小尺寸模具加工中，高精度的刀具是加工出具有精密尺寸公差和良好表面質量的小型模具的關鍵因素。山高刀具公司（Seco Tools Inc.）旋轉刀具產品經理Jay Verellen解釋說，“雖然刀具尺寸很小，但在某種程度上其尺寸比例又很夸張：你使用的刀具直徑可能只有2mm，但長度卻可能達到30mm，其長徑比高達15∶1。試想一下，在加工汽車零件時，你可能會使用一把直徑為50mm的刀具，但很少人能想象使用一把直徑50mm但長達750mm的刀具進行加工。”
　　隨著越來越多的制造商認識到瑞士式CNC車削在加工精密工程零部件時的通用性，該工藝的重要性不斷提高。從各方面來看，瑞士式CNC加工的復雜程度都不遜于多任務復合加工，由于工件尺寸小的緣故，甚至可能更為復雜。
　　用棒料（通常直徑可到32mm）加工零件時，棒料向前移動通過滑動刀架，幾把刀具在主軸上（經常也在后軸上）同時進行加工。編程工作仍然很復雜，但許多CAD/CAM軟件公司（如Delcam的子公司PartMaker公司）已開發了加工軟件，使瑞士式加工的應用變得較為容易。
　　山特維克可樂滿公司（Sandvik Coromant Co.）的John Dotday介紹說，“這些瑞士式機床有10－15根軸，可以加工出矩形、圓形或你能想象出的任意形狀的工件。”
　　Dotday解釋說，“這些多任務加工機床采用了滑動式前頂尖，與其他機床的刀塔沿Z軸運動不同，它是由棒料沿Z軸方向移動，通過棒料向外進給與刀塔向內運動相結合來實現切削。其結果是，由于切削在導套附近進行（刀具距導套僅有1－2mm），因此加工剛性極好。由于刀具和工件材料都有較高的剛性，因此可以采用較大的切削深度，并加工出沒有振痕、表面質量極佳的零件。”
　　Dotday說，“外圓車削加工采用正角度刀片。一年前我們推出的CCET、DCET和VCET系列刀片具有極其鋒利的切削刃線，能夠進行大切深車削，而這正是瑞士式加工所要求的。工件必須在一次走刀中達到要求的直徑尺寸，刀具應該具有在大切深（2.5－5mm）、低進給（0.02－0.08mm）條件下加工各種材料的能力。”
　　“大約有60%－70%的瑞士式加工用于在醫用設備行業制造骨用螺釘、手術植入板等零件，”Dotday說，“目前瑞士式加工的材料已有很多種，如300系列不銹鋼、17-4 PH、各種鈦合金、鈷鉻合金、Inconel 718以及鋼的硬車削等。”
　　美國工業界正在不斷發現微型刀具在醫療、電子、航空航天、高速模具加工等領域的應用優勢。尼亞加拉刀具公司（Niagara Cutter）總裁Sherwood Bollier說，“微型刀具在日本以及歐洲已經得到大量應用。而在美國，這種刀具的應用才剛剛開始流行，但其潛在優勢正在持續增長，使用直徑 0.13mm以上硬質合金立銑刀的精密高速機床的數量正在不斷增多。”雖然很多成果都是專利技術，但制造商們對微銑削和微細化加工越來越感興趣，同時也推動著刀具供應商不斷挖掘其發展潛力。
　　除了小型精密醫療裝置及零件以外，微細加工的典型應用還包括電子、航空航天、淬硬模具銑削以及加工精密合金和黃金珠寶等高端應用。目前，由一流機床制造商如Sodick、Makino、Roku Roku（加工中心機床）、Roeders、Mikron、Datron和Kern等公司開發的高速精密機床不斷提高的使用性能已成為微細切削技術發展的關鍵推動因素。
　　尼亞加拉刀具公司已經開發了用于醫療和電子加工領域的小直徑硬質合金刀具MicroTool系列，該系列刀具包括方頭和球頭立銑刀，采用二槽和四槽結構，直徑范圍0.13－3mm。除了未涂層的硬質合金標準刀具外，MicroTools還可提供TiAlN專利涂層以提高刀具壽命和性能。該公司現有30多種標準產品類型（方頭、球頭、截短型、常規型和接長型等），槽型包括二槽、三槽和四槽，直徑范圍0.13－3.2mm，尺寸增量0.03mm，同時可提供未涂層、PVD TiAlN涂層和CVD金剛石涂層等多種選擇。根據用戶加工要求定制的專用微型銑刀產品也占有很大比例，直徑小于0.13mm的銑刀可按特殊產品訂貨。
　　肯納公司（Kennametal Inc.）全球小型刀具產品經理Kerry Cranford說，“提到微細加工，我想到的是在顯微鏡下用比針還細的鉆頭或直徑小到0.15mm的立銑刀和0.08mm的鉆頭加工計算機電路板。目前在微型零件加工領域，瑞士式加工、瑞士式自動車床、小型車床和組合機床的應用增長最快，在醫用和牙科零件加工領域尤其如此。”肯納公司2008年新推出的微小零件加工刀具以小型可換刀頭硬質合金刀具和小型可轉位刀具為主。
　　肯納公司的瑞士式車削刀具包括用于內徑和外徑加工的完整系列。內徑加工刀具包括最小可加工孔徑0.25mm（比針還細）的鏜刀、可在直徑 1.6mm小孔中加工的仿形刀、可在直徑2.8mm小孔中開槽的切槽刀以及可加工5#螺紋（孔徑2.5mm）的絲錐，端面切槽刀也可小至0.41mm甚至 0.28mm。
　　肯納公司的小型可換刀頭整體硬質合金刀具系統及刀柄以KM微型系統最具特色，它允許用戶在機床上更換刀具的可換式刀頭，從而可通過一次安裝刀具完成全部內、外徑加工。在KM微型系統的可轉位刀具部分，可轉位刀具可加工的最小孔徑為4.8mm。例如，一種80°帶斷屑器的金剛石刀片，采用了目前使用的所有涂層牌號以及用于加工鈦合金和不銹鋼的專用牌號。肯納公司還提供可轉位螺紋刀片和切槽刀片，可以安裝在同一把刀桿上加工直徑6.9mm的小孔。此外，還有可轉位端面仿形刀片和仿形刀片等。
　　目前，米克朗公司（Mikron Corp. Monroe）也為高端精密微小零件的加工開發了小到中等尺寸的系列刀具，可用于醫療、牙科、高速通訊、納米技術、燃料噴嘴、微型液壓系統以及氣動裝置元件的加工。其標準鉆頭系列包括用于流程較長生產線的CrazyDrill高速鉆頭系列以及最近為流程較短的即時（JIT）加工開發的MiquDrill鉆頭系列。
　　MiquDrill系列中的三種鉆頭都很有特色：中心鉆的直徑范圍0.5－6mm，最小鉆削孔徑0.5mm，可提供90°或120°的鉆尖角。MiquDrill 200鉆頭長度較短，鉆削深度約為2－3倍直徑，加工孔徑可到1.5mm。MiquDrill 210是一種通用型鉆頭，直徑范圍0.1－3mm。后兩種鉆頭都是為微細加工而設計的，未涂層鉆頭的可加工直徑小至0.1mm，涂層鉆頭的最小加工直徑為 0.3mm，直徑從0.3mm到2mm之間的尺寸增量為0.01mm，從2mm到最大直徑3mm之間的尺寸增量為0.05mm。
　　米克朗公司的刀具銷售技術經理Robert Couture介紹說，“MiquDrill是一種雙槽整體硬質合金鉆頭，與Crazy Drill一樣，也是用高質量的微細晶粒基體材料制成，但刀片的幾何設計與Crazy Drill不同，可在短流程即時加工中為制造商提供一種單件成本較低的選擇。MiquDrill非常適合中等批量加工以及單個工件的微小孔鉆削。”
　　伊斯卡公司（Iscar Metals Inc.）美國螺紋加工經理Andy Kelling介紹說，伊斯卡不斷改進加工方法，以解決在加工特殊金屬制成的微小零件時產生的發熱和磨蝕問題。挑戰主要來自在高壓、高熱下硬質合金刀具的失效，傳統硬質合金牌號的熱硬性往往難以勝任這些特殊金屬的加工。
　　“人工合成晶體的超硬刀具材料（PCD/PCBN），在某些情況下還包括金屬陶瓷，以及新的硬質合金牌號、新的涂層以及表面處理方法（如伊斯卡新的Sumo牌號）等對于加工特殊金屬材料非常有效。”Kelling說，“我們還采用了成熟的成屑槽型設計和切削刃制備技術，有效強化了易碎的切削刃。采用各種涂層（如TiAlN涂層）也很有效。”
　　Picco MF（多功能復合刀具）和Picco MFT（多功能螺紋加工復合刀具）是為在瑞士式機床上加工微小工件而設計的，同時也可用于其他加工。Picco MF刀具可用于鉆削、端面車削、內孔倒棱、內孔車削/鏜削、內孔仿形加工、外圓倒棱和外圓車削等。Picco MFT刀具除可完成上述加工以外，還可以車削60°內、外螺紋。這兩個系列的刀具都可進行左旋和右旋雙面加工，直徑分別為4、5、6、7、8mm，切削深度比為直徑的2－3倍。此外，每種刀具表面都磨有槽，使冷卻液能直接流到切削刃處。
　　為了加工硬度HRC48－65的淬硬鋼，NS工具公司（NS Tool）的微細晶粒硬質合金雙槽球頭立銑刀使用了Mugen涂層和全新的幾何設計，以改進排屑和減小加工顫振。Single Source 技術公司（Single Source Technologies）的Doug Kline說，“在北美，對各種鑄模、沖模及零件的硬銑削已變得越來越普遍。”這種新型銑刀的圓弧半徑為0.05－3mm，分為標準型和長頸型。