創(chuàng)新的三菱自動旋轉(zhuǎn)刀具

葉陳新

（福建工程學(xué)院， 福建 福州 350002）

引言

社會的不斷發(fā)展與進步使市場對新產(chǎn)品的需求越來越大，大量新材料、高要求的產(chǎn)品又對加工技術(shù)提出了更加苛刻的要求，迫使工具制造商不斷強化對加工工具的創(chuàng)新和研發(fā)。刀具也一樣，傳統(tǒng)刀具加工形式遍地開花，創(chuàng)新成為刀具制造商生存和發(fā)展的不二法則。

1 市場需求催生創(chuàng)新

傳統(tǒng)的刀具，行業(yè)競爭日趨激烈，在刀片的材質(zhì)、涂層、切削角度、排屑槽以及刀桿的剛性、避震等方面進行了大量的研制和改良以提高使用壽命。20年前，基于客戶的需求，在量產(chǎn)零件的加工流水線上，客戶要求減少刀片的角度調(diào)整以提高流水線的生產(chǎn)效率，并希望使用到刀片的全周以降低成本，日本三菱綜合材料株式會社開發(fā)出一種使刀片在加工時可以自動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)車刀[1]（如圖1所示），并以其全新的結(jié)構(gòu)及切削性能受到客戶的廣泛好評，實現(xiàn)了以往型號的低價化和性能的提高，其在抑制異常損傷方面非常有效，在目前被削材料愈漸難切削化的情況下其價值不言而“譽”。

圖1 旋轉(zhuǎn)車刀

2 邊界磨損

在了解三菱綜合材料開發(fā)的這款旋轉(zhuǎn)車刀前，先解釋下刀片在切削時影響刀片壽命的一個重要概念—邊界磨損：一般刀具的切削刃切深邊界部會影響被削材料的加工硬化層以及鑄件的鑄造面、鍛造品的燒結(jié)面，并會產(chǎn)生嚴重邊界磨損（如圖2所示），由于切削加工，塑性變形的被削材料表面附近會因加工硬化而變硬，切削該部分的切深邊界部會比切削刃其他部分的損傷更大，鑄造面和燒結(jié)面的表面附近均會變硬，因此會加重切深邊界附近的損傷。尤其如不銹鋼等材料是加工后極易硬化的被削材料，更易產(chǎn)生這種邊界磨損。

圖2 傳統(tǒng)刀片的邊界磨損的損傷示例

3 旋轉(zhuǎn)刀具的優(yōu)點及實驗驗證

3.1 優(yōu)點

三菱綜合材料開發(fā)的這款旋轉(zhuǎn)車刀，安裝在車刀前端的刀片在切削力的作用下會自動旋轉(zhuǎn)，也因此而得名，其優(yōu)點為：

1）磨損均勻，在刀片使用壽命結(jié)束前無需停機調(diào)整角度。

2）切削點時常移動，因此切削刃不會發(fā)生邊界磨損（如圖3所示）。

圖3 旋轉(zhuǎn)刀具的邊界磨損示例

3）切削發(fā)熱不會集中在一個點，因此可以抑制發(fā)熱引起的刀片磨損。

3.2 實驗驗證

其與固定刀具相比具有穩(wěn)定耐用的特點。刀具的異常損傷是在被削材料的強度較高時，在切削過程中產(chǎn)生的高熱量或被削材料易發(fā)生加工硬化等情況下所引起的。一般刀具通過減少切深、降低切削速度等降低切削條件來避免發(fā)生異常損傷，但同時也降低了加工效率。旋轉(zhuǎn)刀具在切削的同時通過旋轉(zhuǎn)刀具的刀頭來解決這些問題，同時還能完全使用刀片的全周刀刃，不浪費，從而實現(xiàn)加工效率的提高和刀具的長壽命化。

3.2.1 實驗條件

試件：旋轉(zhuǎn)刀片（材質(zhì)：三菱涂層AP20M）。

比較試件：固定式刀片。刀片材質(zhì)為三菱涂層UC6010，刀片型號為RCMX2006M0，刀片支座型號為PRGCL3232P20。

被削材料：硬度（HB）為270的SNCM439。

切削條件：切削速度=200 m/min，進給量 =0.30 mm/r，切深 =1.5 mm，干式切削。

3.2.2 實驗效果

如圖4所示是固定刀片和旋轉(zhuǎn)刀片切削時的后刀面磨損量比較，很明顯，隨著切削時間的增長，固定式車刀后刀面的磨損量也呈線性增長，當切削時間達到60 min時，旋轉(zhuǎn)刀片的后刀面的磨損量為0.14 mm，而固定式車刀的后刀面的磨損量已達到0.60 mm。

圖4 固定刀片和旋轉(zhuǎn)刀片的后刀面磨損比較

4 旋轉(zhuǎn)刀具的結(jié)構(gòu)

三菱綜合材料在開發(fā)此款刀具的初期為了使刀片旋轉(zhuǎn)，從滑動軸承開始，嘗試試驗了各種軸承，（含油軸承、固體潤滑、硬質(zhì)合金+DLC涂層）。但在部分切削條件下會發(fā)生無法旋轉(zhuǎn)等故障。三菱綜合材料開發(fā)總部加工技術(shù)中心的工程師發(fā)現(xiàn)，使用滑動軸承機構(gòu)難以使刀片旋轉(zhuǎn)。因此，采用了滾針軸承作為滾動軸承來替代滑動軸承。雖然解決了旋轉(zhuǎn)的相關(guān)問題，但出現(xiàn)了會受到切削發(fā)熱的影響、增強潤滑、防止切屑進入、難以小型化等各種新問題。通過大量試驗，如采用機械密封等措施，逐一解決了這些問題后，最終實現(xiàn)了耐用的狀態(tài)，在實際使用中，不僅可以使用刀片的全周，由于降低了與被削材料間的相對速度，因此進一步提高了耐磨性。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 旋轉(zhuǎn)刀具的結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

三菱綜合材料研制的更加適用于當代被削材料、加工機械的新一代旋轉(zhuǎn)刀具（如圖6所示）即將投放市場以滿足現(xiàn)代加工需求，為現(xiàn)代切屑技術(shù)再添絢麗之筆，我們期待未來更多的刀具廠家創(chuàng)新研制出更多劃時代的從概念上改變原始傳統(tǒng)切削刀具的刀具產(chǎn)品，讓科技創(chuàng)造美好未來。

圖6 旋轉(zhuǎn)刀具

[1] Processing Cause Depcotment.CRAFTSMAN STUDIO[J].YOUR GLOBALCRAFTSMANSTUDIO，2015（2）：23-24.

（編輯：李媛）