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切削刀具（jù）與可持續加工

2023-10-11 來（lái）源（yuán）：伊斯卡作者（zhě）：技術經理Andrei Petrilin

可持續發展熱潮

近（jìn）年來（lái），“可持續發展”一詞越來越（yuè）流行。我們（men）經常能夠在（zài）新（xīn）聞頭條、媒體、科學研究和實踐研討會等各種地方看到它。那麽可（kě）持續發（fā）展僅僅是一個流行語還是（shì）當下的熱（rè）點問（wèn）題?

可持續發（fā）展的熱潮（cháo），源於全球對於主要由人類活動引起的關鍵環（huán）境問題及氣（qì）候變化的關注與日俱增。反映了我們秉（bǐng）持著為地球和子孫後代的美好未來（lái）負責的理（lǐ）念。

因（yīn）此，從（cóng）日常（cháng）生活到商業到交通、從城市規劃到生產加工等（děng）各個領域無不體現著（zhe）可持續發展的理（lǐ）念。毋庸置疑，生產加工應該是可持（chí）續的。如今（jīn），這個觀點也得到了廣泛的認可。由於加工過（guò）程會使用自然資源，消耗能源，產生廢物，汙（wū）染環境，所以我（wǒ）們隻有采用可持續的生產技術才能減輕對（duì）環境的負麵影響。

金屬加工目前仍是加工機械零件的主要方式。因（yīn）此，如何使金屬加（jiā）工可持續發展的這一問題至關重要。切削刀具直接接觸被加工的工件，將（jiāng）其加工成所需的形狀，並把（bǎ）不需要的部分（fèn）處理（lǐ）成金屬切屑。那麽切削刀具能夠（gòu）成為提高可持（chí）續發展的關（guān）鍵因（yīn）素嗎？毫無疑問是可以的！

切削刀（dāo）具如何促進加工的可持續發（fā）展？

盡管（guǎn）與整（zhěng）個工藝（yì）係統中的其他元素（如機床，夾具）相比，刀具的（de）尺寸（cùn）更小，但它在實現（xiàn）可持續加工的過程中依舊發揮著關鍵作用。在加工中材料的去除過程就是一個能源密集型過程。如果切削刀具的（de）設計是高效能的，便可以顯著降低能源消耗。

重要的刀具特性帶（dài）來的（de）影響不容小覷。先進的切削刃幾何形狀能夠最大限度地減小切削力，同時減（jiǎn）振設（shè）計可以減輕（qīng）刀具因振動產（chǎn）生的切削力顫振。優化的塗層（céng）工藝可以提高潤（rùn）滑性（xìng），減小摩擦力。高效（xiào）的冷卻方式可（kě）以減少熱量的產生。綜上所述（shù）這（zhè）些刀具特性都能顯著（zhe）減少金屬加工對環境的影響。

在（zài）許多情況下，切削刀具通常是限製機床性能充分發揮和生產（chǎn）效率提高（gāo）的重要環節。因此，刀（dāo）具確保高效率的特性至關重要，其有助於減少切削時間、機（jī）床功耗和溫室氣體（tǐ）（GHG）的排放。可靠（kào）耐用的切削刀具，能夠提高刀具壽命，減少刀具或刀片更換的頻率，進而縮短由此導致的機床停機時間，最終提高（gāo）整體加工效率。

此外，使用能夠實現更高表麵粗糙度的切削刀具可以（yǐ）減少對（duì）於精加工的需求，從而減少加工餘量和廢料。這樣（yàng）一來（lái），便達到了減少加工時（shí）間和材料浪費的雙重效果。

因此，“可持續切削刀具”不僅（jǐn）僅是一個（gè）短暫的趨勢，而是（shì）一個重要的理（lǐ）念，它正逐漸被大眾接受並成為可持續製造中不可或缺的一項（xiàng）基本要求。即（jí）使分析刀具（jù）的重點依然在（zài）其性（xìng）能上，但刀具的（de）可持續性（xìng）已成為現代加工中至關重要的因素。了解切削刀具是（shì）如何（hé）影響可持續發展的各（gè）個方麵，在很大程度上決定了人們對於現代刀具的需求，並指引了刀具行業的發展方向。

關於伊斯卡（kǎ）刀具是如何提高加工可持（chí）續（xù）性（xìng）的案例研究

刀具如何提高加工的可（kě）持續性？為深入理解這一問題，我們有必要簡要回顧一下精選的伊（yī）斯卡產品。可換頭式刀具這一設計理念顯然有助於切削（xuē）材料的可持續利用。

伊斯卡產品線擁（yōng）有（yǒu）可換硬質合金頭（tóu）的刀具係列，如MULTI-MASTER和SUMOCHAM，通過合理使用硬質合金（jīn）材料，為回（huí）答（dá）上述問題提供了一個很好的案例。除節省切削材料這一傳統優勢外，伊斯卡研發的這兩個係列還擁（yōng）有與可持續發展（zhǎn）相關的（de）更多優勢。如（rú）MULTI-MASTER和SUMOCHAM係列都具有高重複定位精度，可以實現在線0調（diào）整時間。也就代表更換已磨損刀頭無需（xū）額外的刀具調整時（shí）間，因此大大減少（shǎo）了機床停機時間。

LOGIQ-3-CHAM 繼承和發展（zhǎn）了SUMOCHAM鑽孔係列，在其設計上體（tǐ）現了可換頭鑽孔刀具發展的方向。LOGIQ-3-CHAM與其他鑽孔係列的一個明顯不同之（zhī）處是它（tā）擁有三個切削刃，而（ér）非傳統（tǒng）的兩個刃。這一變化使刀具的進給量及效率提高了50%。除（chú）了提高生產效率外，這種新設（shè）計還減（jiǎn）少（shǎo）了能源消耗和溫室氣體排放，從而帶來了可（kě）持（chí）續發展（zhǎn）的優勢。例如在低（dī）合（hé）金（jīn）鋼的（de）零件上加工直徑為（wéi）Ø16mm、深度為80mm的孔。伊斯卡LOGIQ-3-CHAM鑽頭的刀（dāo）具壽（shòu）命為500個孔，與競爭對手的可換雙刃頭鑽頭（tóu）相比，加工節（jiē）拍縮短了26%，能耗降低了19%。因此，二氧化碳排放量也減（jiǎn）少了19%。(圖1)

圖1 - LOGIQ-3-CHAM鑽帶有可（kě）換（huàn）硬質合金頭，有3個切削刃。

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刀具的抗振設計對於降低能耗、延長刀具壽命、提高表麵粗糙度等方麵起著（zhe）至關重要的（de）作用。伊斯卡基（jī）於多種理論（lùn）原理提出了自己的阻尼減振解決方案。其中（zhōng）包（bāo）括特殊設計的阻尼減振機構，如減振鏜杆 (圖2) 。同時特殊的抗振切削刃型（xíng），也能起（qǐ）到減振抗振的作用。例如（rú），多刃（rèn）整體硬質（zhì）合金立銑刀和可換刀（dāo）頭，其切削刃可以采用變螺旋角和不等齒距的形式；可轉位刀片可以采用鋸齒形切削刃，以實現有效的斷屑（圖3），也能起到減（jiǎn）振作用。此外，這些刀具或（huò）刀片具有更（gèng）好的斷屑效果，也可以提高加工性能。定位槽減徑（jìng）杆的巧妙設計使（shǐ）其能夠安裝更小尺寸的（de）刀頭，這就擴展了現有刀體的使用範圍（wéi），而無需購買新的刀體。這不僅減少了原材料的（de）浪費（fèi），還有助於（yú）減少（shǎo）溫室氣體的排放（fàng）。

圖2 -在鏜孔時，使（shǐ）用防振杆可以提高性能並降低功耗。

圖3 - MILLSHRED可轉位銑刀的切屑刃型有（yǒu）助於更穩（wěn）定的銑削過（guò）程（chéng）和更好的斷屑效果。

增材製造（AM）為刀具設計增添了可持續（xù）發展的新特點。首先，增材製造技術能（néng）夠生產出與其最終形狀輪廓（kuò）非常貼合的刀體，從而最（zuì）大限度地減少對精（jīng）加工的需求，並顯著降（jiàng）低了刀具材料的消耗。此外，增材製造技術可以更容易地以最（zuì）佳方式生成（chéng）內冷通道，從而改善冷卻液通過刀體到達切削區域的輸（shū）送。

本文中的示（shì）例說明了節能高效、耐（nài）用的切削刀具是如何對可（kě）持續發展產生技術性重大影響的。這樣的（de）刀具不僅有助於（yú）減少能源消（xiāo）耗和浪費，而且（qiě）能夠（gòu）節約成本，便於環境管（guǎn）理（lǐ）。

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