—山特维克可乐满创新的Xcel刀片
作者：Christer.Richt
挑战：如何在淬硬钢车削中将提高生产效率和安全性及良好的表面粗糙度结合起来。
解决方案：采用具有独特切削刃的新型可转位刀片概念。
针对最硬材料的车削加工，现在已能大幅提升生产效率。实现这些改进并不需要更换设备或引进新的工艺方法 —— 只需更换可转位刀片。进给率是决定零件加工所需时间的主要因素。因此，若能提高进给率(在许多情况下可提高至传统进给率的两倍或以上)，就能节省许多生产时间，而机床也能得到更为充分的利用。
但这一改进真正重要的部分是，在提高进给率的情况下仍能保持所需的表面粗糙度和加工精度。
这些为切削时间带来革命性变化的非传统可转位刀片到底是什么呢?
当我们聚焦在如何将切削时间缩至最短时，我们就需要处理好进给率与表面粗糙度之间的关系这个关键参数。对传统圆头刀片来说，进给大小严格受限于刀尖半径大小与表面粗糙度的要求。但修光刃刀片改变了这一切。山特维克可乐满修光刃刀片的切削刃由缜密设计的不同半径组合构成。目前有多种不同类型的修光刃刀片，可专门应用于淬硬钢等材料。就硬车而言，WH槽型在高进给的情况下可提供高质量表面粗糙度，对稳定性的要求相对较低。而WG槽型在更高进给的情况下可提供更佳的表面粗糙度，但在加工时则需要更高稳定性。
山特维克可乐满随后的创新(Xcel刀片)更显著地改变了这种进给与粗糙度的关系，在加工稳定性良好的情况下(这是硬车加工所必需的工况)，它能以更高的进给率(往往是修光刃刀片的两倍)达到良好表面粗糙度。即使在进给率较低(最低进给不低于0.3毫米/转)时，该刀片还是能达到卓越的表面粗糙度。Xcel和修光刃刀片亦应互为补充，针对不同的工况，实现不同的刀具选择以达到最佳的优化方案。除了精加工外，Xcel也是半精加工(接近轻载粗加工)的高生产效率解决方案。硬车加工有其独特要求：切削刃上的切削力和压力要比加工未淬火材料时大得多。淬硬材料具有磨蚀性，会产生更多热量，从而更易磨损刀具。最符合这些加工要求的刀具材料是立方氮化硼(CBN)，其硬度仅次于金刚石。山特维克可乐满CBN材质系列能在特定的应用领域里实现高性能表现。同时高性能切削刀具材质与切削槽型的组合带来了可靠的高生产效率解决方案。
使用传统圆头刀片，磨损主要集中于切削刃的切削深度部位。使用Xcel刀片，刀具磨损则平均分布在切削刃上，从而提高了刀片的耐用性。另外使用Xcel获得的改进还源于其较低的温度，这是因为切削时间较短，有效的降低了切削温度。因此，在高进给情况下使用Xcel也能加工更多零件。
Xcel刀片
Xcel刀片的进刀角度为10度。在硬车加工中，这并非一个限制，因为加工余量很小。Xcel产生均一的薄切屑，能达到很高的进给率，理想的使用范围是0.3至0.5毫米/转。Xcel刀片的最大推荐切深为0.25毫米。由于其刀片形状，在加工至台肩时必须留出足够间隙，除非已做好退刀槽处理。理想的零件是为大直径轴、轴套和齿轮进行所需的纵向车削和面铣，而且稳定性良好。材料是典型的完全硬化或表面硬化钢，可连续或断续切削，如同齿轮齿或轴的特征一样。使用现代CBN刀片材质可优化加工性能。质量一般达到Rz 1或Ra 0.25微米，尺寸公差保持在0.01毫米之内。在半精加工/粗加工方面，Xcel刀片将可达到无以伦比的加工速度。
案例研究
与山特维克可乐满合作的一家制造公司计划以车代磨来进行硬车加工。在此应用中，最佳解决方案是用Xcel进行半精加工，然后用修光刃WG刀片进行精加工。于是在该公司机床上进行了试验。基于令人满意的质量成果和加工时间，该公司更改了所有的零件图纸，以增加肩点间隙，从而充分利用Xcel刀片的加工能力。用Xcel进行半精加工的推荐进给率是0.4毫米/转，产生的表面粗糙度为Ra 0.5微米。而使用修光刃WG刀片的进给率是0.33毫米/转，粗糙度为Ra 0.42微米。
总结
山特维克可乐满的Xcel刀片是一种独特的专利刀片概念，特别适用于硬车加工中要求进给率较高的半精加工和精加工场合。现代CBN刀片材质的Xcel和修光刃刀片为大多数操作及零件的优化提供了优势，并具有缩短加工时间、提升安全性和零件质量等能力。