新材料、微型化、數字化趨勢和可持續制造的模式是生產企業必須應對的挑戰。這同樣適用于產業鏈起始環節的金屬加工。如何優化復雜而棘手的金屬切削工藝，工具專家往往是*個被咨詢對象。金屬切削公司面臨的*常見問題包括刀具磨損、加工時間和成本。

近日，國際模協發布文章，通過觀察*近的多場歐洲金屬板材加工展會，介紹加工工具乃至相關技術的*新發展趨勢。

01切削材料和涂層

新型切削材料和涂層的開發是改進精密工具的一個關鍵手段。硬質合金、陶瓷和金剛石涂層可減少磨損，延長使用壽命。同時，材料還能保證加工時間不間斷。

伊斯卡（Iscar）刀具通過一系列技術改進其刀具產品：在三刃整體硬質合金平頭鉆中集成了內部冷卻通道，以提高加工性能。三個冷卻液噴嘴延長了刃的使用壽命，并改善了排屑效果。據該公司稱，Iscar 的平頭鉆產品系列是市場上首款可加工平底孔的產品。鉆頭的三個切削刃提高了孔的質量，尤其是在切削中斷的情況下。這些條件可能包括相交孔或傾斜表面等。

鉆頭的幾何形狀確保了高加工效率，尤其是在加工鋼材和鑄件材料時。該系列鉆頭的直徑范圍為4~12mm，步距為0.1mm，長徑比為3×D和5×D。小刀尖提高了穿透力和加工孔的精度，而波狀切削刃和特殊形狀的刀片確保了對大多數材料的良好切屑控制。窄刮刀可減少摩擦，確保*的表面質量。高度拋光的切屑槽也能干凈地排出切屑，而優化的刀芯直徑則提高了刀具的剛性。

02復合材料和新材料

碳纖維或鈦合金等復合材料也需要能夠承受極端負荷的特殊工具。隨著對這些更輕但更堅固材料需求的增加，對能夠加工這些材料的刀具的需求也在增加。因此，許多公司的研發目標都集中在這些工具的生產上，重點是其涂層。

位于德國南部巴登 - 符騰堡州的刀具制造商 Mapal 也在進一步開發其表面技術，同時，研究硬度極高且耐磨的金剛石層可切割碳纖維材料、陶瓷、石墨和鋁化合物等材料。特別是在模具制造行業及航空航天工程行業，用戶對使用壽命和加工可靠性的要求越來越高。

在其涂層技術能力中心，可轉位刀片和整體硬質合金刀具都是通過 PVD 或CVD 工藝制備的。對于干切削和高速切削，專家通常建議采用 CVD 工藝。在化學氣相沉積過程中，化合物的沉積溫度略高于1000℃。如果預期加工條件相當不穩定或切割條件困難，則應使用更堅硬的PVD涂層。物理氣相沉積將金屬硬質材料（如硝酸鈦或氮化鈦鋁）與硬質合金基體結合在一起。如果粘著磨損工藝起作用，則通常選擇類金剛石碳涂層（DCC）。它們也可通過PVD 或基于等離子體的 CVD 工藝分離。為了給工具鍍膜，Mapal 目前根據具體應用，將鍍膜范圍限制在 3~15μm。經過優化的 HF-CVD 工藝可生產出厚度幾乎均勻一致的涂層。一個始終不變的目標是：在特定的切割應用中，無論切割深度如何，都應能夠可靠地使用總切割長度。其中一個例子是 OptiMill-Composite Speed-Plus，這是一種用于碳纖維增強（CFR）材料的整體硬質合金銑刀。在這種情況下，均勻的 CVD 金剛石涂層可確保較長的使用壽命和較高的加工可靠性：“過去幾年中，我們一直致力于改進金剛石涂層工藝，并為刀具制造開辟了新的機遇，”Mapal 公司切削材料 / 涂層研發團隊總監 Martin Kommer 博士說。因此，從正確的幾何形狀、選擇合適的硬質合金到涂層的整個刀具設計過程都由刀具制造商全權負責。纖維撕裂和突出以及毛刺也是 Emuge Franken 許多客戶面臨的問題。復合材料應用于許多不同的行業，如航空航天工程、汽車工業、能源儲運和醫療。公司針對各種加工問題開發了纖維切割銑刀。

03可加工纖維增強塑料刀具

如碳纖維增強塑料（CFRP）、玻璃纖維增強塑料（GFRP）和芳綸纖維增強塑料（AFRP）。直徑從4.0~20mm的ZR涂層立銑刀可用于CFRP和GFRP的粗加工。帶有金剛石-ZR涂層的立銑刀在進行粗加工和精加工時不會產生任何破損。特殊的齒形可確保干凈、可靠地切削纖維，切屑量大，排屑效果*佳。直徑從1.0~3.0mm、帶有金剛石-ZR涂層的微型立銑刀適用于微細加工。反向剪切立銑刀（5.0~12mm）可用于芳綸纖維增強塑料的鉆孔和切邊銑削。

04納米技術和微結構工具

另一個趨勢與待生產部件的尺寸有關，零件越來越小，因此，所需的形狀和幾何尺寸也在縮小。零件的微型化要求模具的精度越來越高，尺寸越來越小。在微技術和納米技術領域，過渡是非常流暢的。電子和醫療技術領域對具有微小結構的模具需求量很大。

例如，在德國Paul Horn公司，掌握微切割的每一道工序至關重要。當需要加工 0.1mm 的外徑、0.5mm 的插入量和 5mm 的進給量時，就會感覺到所有加工要素的協調是多么*。極小的切削深度需要非常鋒利的刀片，以便將切削壓力降至*低。然而，磨蝕性切削刃增加了產生微裂紋的危險。即使是切削刃上幾微米范圍內的小裂紋，也會對工件的加工表面產生負面影響。切削表面的光潔度也起著重要作用。為了防止邊緣堆積，Paul Horn 的切削表面在使用前要經過精細打磨或拋光。

為了使用戶能夠生產助聽器的螺釘、手表生產的平衡砝碼或醫療部件的車削微型零件，霍恩公司開發了用于微型切割的 μ-Finish 系統。因此，在旋轉可轉位刀片時，可以實現±0.0025mm 的變化精度。例如，用戶可以轉動切割板，而無需重新調整刀尖高度。

德國 LMT Tools 是另一個體現越來越小工件趨勢的例子。在開發微銑刀的過程中，除了要求工件質量外，生產率和加工可靠性也是重點。LMT 提供公差范圍達 0.007mm 的各種微銑刀，用于小直徑刀具的高精度銑削加工。3、4 和 6mm 精密軸的公差為h5，直徑范圍為 0.3~3.0mm，有兩種幾何形狀可供選擇：一種是用于*輪廓加工的直面設計，另一種是球形刀頭設計。后一種設計可確保在加工復雜的三維形狀時具有更高的靈活性。由于銑刀呈球形，因此可以*加工曲線和不規則表面。

主要應用領域之一是模具制造中的硬加工，例如復雜的三維模具表面、深腔、鉆孔、凹槽或帶肋結構。LMT借助可承受高溫的耐磨層基材系統來抵消高熱機械載荷集合，因此，工具具有抗氧化性和抗擴散性，并具有熱硬度。

“通過微型計劃，我們在軸和可轉位刀片產品組合中補充了與模具制造，特別是注塑模具制造相關的多種工具解決方案。”LMT Tools 旋轉刀具研發主管 Sascha Beblein 博士強調說，“我們能夠全面覆蓋所有領域——從沖頭、壓力機、鍛造模具、塑料模具和壓鑄模具到自由曲面、電極生產和模具制造。”

05無需導向的*小直徑鉆頭

來自盧森堡的 Ceratizit 公司提供小直徑和超深孔鉆頭。WTX 型鉆頭可鉆 30×D的孔，同時保持較高的定位精度。5×D版本被設計為微型深孔鉆的導向鉆，從而為微型深孔鉆加工創造了條件。微型鉆頭的自定心特性意味著在 8×D 以下（包括8×D）的范圍內，無需先導鉆孔 / 定心。

據生產商稱，這種鉆頭能可靠地加工鋼材、鑄件或高耐熱材料，重復精度高。這歸功于優化的幾何形狀和所謂的龍皮涂層。鉆尖的特殊幾何形狀提高了定位精度，而研磨表面和獲得專利的排屑空間確保了快速可靠地排屑。刀具借助螺旋冷卻通道和軸中的冷卻室進行冷卻。通過這些措施，Ceratizit 致力于確保微型鉆孔的重復精度和無中斷。Ceratizit 整體硬質合金鉆削刀具產品經理Felix Meggle 說：“公司還能與客戶一起幫助優化工具，以適應新的挑戰性應用。”

06夾具助力精密加工

加工工件的*終公差越接近，就越依賴于從機床底座到切屑的整個動力傳輸鏈。現在，Iscar 公司針對其中的一個步驟推出了一項創新：BHD MB 鏜頭被一種名為 BSFD 或 Boring Super Fine Digital 的 新型刀具系列所取代。該測量儀可顯示所有精細鏜頭直徑。數字鏜頭直徑從 3mm 到203.1mm，精度為 ±0.001mm。顯示單元通過磁力與刀具夾具對接，這樣就可以借助數字屏幕調整直徑。

據供應商 Iscar 稱，該工具*適用于高精度鉆孔作業。該工具適用于汽車行業、航空航天工程行業和一般機械工程行業。在斷續切削條件下，它們還可作為高公差鉸孔操作的替代工具。

新的標準夾具裝置還能確保在對坯料進行五軸加工時實現*和無中斷切削。其中一個例子是 Emuge 的 EvoGrip 定心鉗，它是一種手動操作的直接夾緊裝置，可將工件定心夾緊。其緊湊的設計可實現五軸多面加工，并使此類夾緊裝置具有普遍適用性。EvoGrip 采用模塊化和超薄系統設計，*大夾緊力可達75kN。EvoPoint 零點夾持系統是 EvoGrip 的*補充。EvoPoint 具有高精度的特點，并且由于其模塊化設計，可以與定心鉗系統結合使用。據生產商稱，與 EvoPoint 結合使用可將設置時間*多縮短 80%。這些夾爪有不同的版本，例如具有不同輪廓的一體式夾爪、由基本夾爪和可翻轉夾爪組成的多件式夾爪，以及具有不同輪廓的可翻轉夾爪、頂爪和中心夾爪。

07測量系統

當涉及到精度問題時，相應的控制也是必不可少的。Hahn+Kolb 公司舉例說明了如何在這里找到創新。這家工具服務供應商提供 Diavite 和 Atorn 品牌的 Micro、DH-9 和Easyroughness 粗糙度測量設備，作為根據 ISO21920標準測量表面的三種解決方案。到 2021年底，這項新的國際標準將取代已撤銷的 ISO4287、ISO4288、ISO13565-2 和 ISO1302 標準，這些標準已無法涵蓋現代測量設備的所有可能性，新標準的三個部分涉及與輪廓相關的測量、表征和零件表面紋理（粗糙度、波紋度）指示。

用于測定粗糙度的設備采用鋁制外殼和觸摸顯示屏。它們有用于撬式探頭和基準面探頭（自由跟蹤器）的進給裝置，以及特殊的個性化解決方案。因此，與純粹的撬式拾取系統相比，用戶可以執行更多的測量任務。相應的球形測頭、深測頭、鉆孔測頭、齒面測頭、軸測頭和自由切削測頭還能記錄深表面、齒輪、溝槽和鉆孔或小凹槽的數值。

Atorn 的 Easyroughness 甚至可以記錄絲鉆孔、軸直徑、內部凹槽和齒面的粗糙度。除了通過大尺寸 10.1 英寸觸摸屏顯示表面粗糙度外，測量結果還通過集成的 Windows IoT 操作系統進行存儲，并提供視頻 / 照片記錄選項。因此，用戶可以確定目標值也符合當前狀態，并將其記錄下來提供給客戶。