刀具确保切断更具竞争力

    加工车削件和多任务零件方面，更具竞争力意味着要紧跟切断刀具和切断方法的技术发展步伐。大多数制造商需要执行的工序通常是棒料、管材和机械零件的切断，由于经常为第一道或最后一道工序，因此有必要持续进行优化。那么，现在刀具该如何应对挑战并且如何最佳地解决切断问题呢？
    与切断有关的主要领域
    夹具应用中，机械零件的切断以及棒料和管材的切断工艺大体上是车间最为常见的工序。作为一种车削工序，尽管大量切断只涉及12～50mm的直径范围，但实际上切断可涵盖的工件范围为0.5～800mm。切断直径最为关键，为了使工序更为高效，它对刀具装夹、类型、尺寸甚至槽形来说都具有重要的影响。
    切断所面临的挑战
    切断工序看上去或许相当直截了当，并且也确实如此，但是为了在保证现代车削的高生产效率时安全地执行这些工序，就需要克服所带来的切削挑战。这之中面临的主要问题仍是老生常谈并且似乎总纠缠于某些切断应用中，即毛刺和飞边形成、切屑形成和排屑、振动趋势以及不一致且刀具的过早磨损。值得庆幸的是，如果选择合适的刀具并正确地加以应用，这一切在今天都不是问题。
    用户优先考虑的主要因素
    在车间执行切断工序时，所优先考虑的因素非常一致。根据最近的一份国际调查结果显示，用户重视生产效率、加工稳定性、无故障切削、刀具寿命可预测性以及零件质量一致性，并将其列为切断工序主要的优先考虑因素。总之，假以合适的刀具和应用，所有这些目标皆可实现。
    确立切断工序的最佳方法
    分析切断工序时的第一项考虑因素是根据批量大小（小、中等或大批量应用）进行分类。从相似切削的次数可以得到启发，并且这将影响到在刀具选择时，是考虑通用性还是专用性。对于每个零件存在多项甚至一项变化的应用场合，往往需要通用刀具，即在最小化性能折中的同时可执行所有不同任务的解决方案。另一方面，批量生产需要提供专用刀具，并在性价比、安全和质量一致性尽可能高的前提下确立特定工序。对于中等批量生产，利用最少量的合适刀具获得高生产效率和安全性是其最重要的特性，该领域常常需着重分析。
    切断工序中的基本因素
    首先，在寻找正确的刀具时，应将切断看作3 项基本因素的组合，其中包括切断直径所需的刀板悬伸、刀具宽度、进给率。刀具宽度会受到悬伸影响其最大强度；刀具宽度又会影响刀具可能的进给率，而进给率则决定着完成工序所需的时间。此外，进给率也决定着刀片槽形——锋利的刀片槽形适合低进给，而坚固的刀片槽形则适合高进给。在确定低进给、中等进给或高进给是否合适时，进给也与加工条件有关系。加工条件可以通过稳定性水平、材料状况和切削类型进行评估，以确定工况是良好、一般还是恶劣。工件材料也可影响加工条件以及刀片牌号和切削参数的选择。
    对切断来说，刀具选择的第一步
    首先，需要确立最适合于工序的刀柄类型和刀具系统。在这里，工件直径起到了至关重要的作用，因为刀柄与所需的切削深度（工作直径）直接相关。切断时大多数切削深度处于6～28mm的中等加工范围之内。深切断的切削深度为28～55mm，而浅切断则为0.25～6mm，还有其他极端的情况。选择刀柄时，通用性和稳定性之间可能出现必要的折中。相关的批量大小和操作变化将影响到选择方向。由于刀具悬伸可设置成适合不同的工件直径，因此可将带可调整刀板的刀柄用于各种各样的工件。另一方面，带整体式增强刀板的刀柄只适合一定范围的直径，但能提供最大的强度。通用的切断刀具具有适合单刃或双刃刀片的螺钉式或弹性夹紧。选择最大的刀柄尺寸，例如刀柄和刀板高度增加了刀具的稳定性，从而适应不同切深的变化。螺钉夹紧意味着最高的刀片/刀柄稳定性，而弹性夹紧则可利用窄刀具增加通用性和可达性，这样就只能切削少量材料，并且机床功率也较低。
    切断时最佳的刀片选择步骤
    切削刃至关重要。它将在切削中引导刀具，并控制切屑，同时决定飞边和毛刺的形成以及切削不同材料的高效程度。刀具的稳定性取决于相对较薄的刀片与刀柄之间的接口质量。为了保持稳定性，就需要良好的轨道和V形刀片座结构，并最好与相对较长的刀片配合使用，这种结构对切断刀具性能来说至关重要。刀片宽度因切断刀具的切削深度能力而异，小切削深度可使用薄刀片，而大切削深度则需使用更宽的刀片以保证强度。
    刀柄上的刀片座型号与刀片宽度相对应，每种系统都有其特定的刀片宽度范围，例如CoroCut单、双刃系统具有8种不同的刀片宽度，范围从1.5～8mm不等；而CoroCut3则适合于浅切断，具有三种刀片宽度，范围介于1～2mm之间。当为工序选择刀片槽形和牌号时，应当确立切削刃锋利性、强度和宽度最合适的组合，以确保尽可能高的进给量，从而获得最大的生产效率。锋利的刃槽形易于切削，所需机床功率小，并且最小化了振动趋势。坚固的槽形负前角更大，切削刃也得到增强，因此能承受住要求更苛刻的切削和粗加工，并且可以实现更高的进给率。加工条件和操作的变化决定了选择方向，并且通常存在折中，尤其在需要一定程度的通用能力时，半精加工槽形就是其良好选择。通过选择不同刀片，就能获得各种最佳化的可能性，如Wiper（修光刃）刀片用于提高表面质量和进给；而增强的刀片圆角则可获得更高的进给能力和安全性，并通过更软的切削作用和毛刺最小化实现良好的切削控制。
    对于刀片牌号选择，切削刃强度应该是最初要优先考虑的因素，因为强度可确保切断工序的安全性。这意味着韧性也应是优先考虑的因素之一，而不是更锋利和更硬的槽形和牌号。其次要考虑的是基于操作因素和加工条件获得合乎要求的表面质量和进给率，并继续改进牌号使其更为耐磨，从而获得更高的进给和更长的刀具寿命。
    通过应用最新且广泛的PVD涂层牌号使工艺变得更为简单。这种牌号能够提供具有高进给能力的通用解决方案，并且针对大多数工件材料进行了优化。在利用GC1125加工时、对切削刃磨损的检验和基本分析指出了为获得最佳性能而进行的切削参数调整或可能的替换牌号。
    切断时如何最小化飞边和毛刺
    毛刺形成是切断工序中的一个控制问题，也是一项刀片选择时需要考虑的因素。切削刃的前角（主偏角）很大程度上决定毛刺的形成，0°主偏角一般会产生最笔直的切削路径和最佳的表面质量，但是会在切口末端留下毛刺。在切断的部分落下并且切削刃通过工件中心后，斜角刃就能最小化或完全切掉毛刺。由于很容易控制刀具偏离预期的直刀具路径，因此具有较前角的切削刃会对切口的直线度产生负面影响。出于这个原因，尽管从锋利方面应考虑低进给槽形可选用的10°和15°的前角，但适中的斜角刃（5°）通常为最佳选择。
    在限制飞边形成方面，切削刃的锋利性起到了很重要的作用。磨削的正前角切削刃可以最小化飞边，而带有大圆角刀尖的坚固槽形则容易形成飞边，尤其是采用较大的进给率时。在这方面，当采用同一刀具或精加工刀具切断之后的额外走刀可能是获得最佳生产效率的一种解决方案。
    对于成功切断的其他建议
    （1）优化装夹不仅可影响工序结果，而且也对可优化的程度产生影响。基本原则是最小化刀具悬伸以获得刚性，并确保切削刃尽可能靠近中心线。
    （2）对于良好的切断方法来说，合适且充足的冷却液供应及其方向常常也至关重要。带集成式冷却液供应的刀具就是一种解决方案。此外冷却液合理的供应方式可以延长刀具寿命和改善切屑控制。
    （3）切断棒料时，所切削的工件直径会不断变小，到达中心时接近于零。切削速度因此会显著降低，从而增大积屑瘤在切削刃上形成的趋势，进而对刀具寿命产生负面影响。提高主轴转速并在穿过之前将进给率降低几毫米能够弥补这种不利影响。
    切断中最基本的优化因素
    对于竞争激烈的切断应用来说，最佳化进给率几乎总是优先考虑的其中一个因素。进给在很大程度上决定生产效率的高低，也即执行工序所需时间的长短。成功地实现0.15mm的进给，而不是0.10mm，并且提高刀具寿命和可预测性，两者之间存在着巨大的差别。进给也意味着可以在切削、停留或啄进期间通过改变进给来控制切屑形成。在降低切削速度时也可提高进给率以最小化振动趋势。进给率也应针对正确的刀具压力进行设置以确保直刀具路径，并在切断结束前有所降低以免强行切断，同时在间断切削时确保其安全性。最后得出结论，进给、刀片和刀柄的组合是切断时至关重要的最佳化因素。