新材料、微型化、数字化趋势和可持续制造的模式是生产企业必须应对的挑战。这同样适用于产业链起始环节的金属加工。如何优化复杂而棘手的金属切削工艺，工具专家往往是第一个被咨询对象。金属切削公司面临的最常见问题包括刀具磨损、加工时间和成本。

近日，国际模协发布文章，通过观察最近的多场欧洲金属板材加工展会，介绍加工工具乃至相关技术的最新发展趋势。

01切削材料和涂层

新型切削材料和涂层的开发是改进精密工具的一个关键手段。硬质合金、陶瓷和金刚石涂层可减少磨损，延长使用寿命。同时，材料还能保证加工时间不间断。

伊斯卡（Iscar）刀具通过一系列技术改进其刀具产品：在三刃整体硬质合金平头钻中集成了内部冷却通道，以提高加工性能。三个冷却液喷嘴延长了刃的使用寿命，并改善了排屑效果。据该公司称，Iscar的平头钻产品系列是市场上首款可加工平底孔的产品。钻头的三个切削刃提高了孔的质量，尤其是在切削中断的情况下。这些条件可能包括相交孔或倾斜表面等。

钻头的几何形状确保了高加工效率，尤其是在加工钢材和铸件材料时。该系列钻头的直径范围为4~12mm，步距为0.1mm，长径比为3×D和5×D。小刀尖提高了穿透力和加工孔的精度，而波状切削刃和特殊形状的刀片确保了对大多数材料的良好切屑控制。窄刮刀可减少摩擦，确保的表面质量。高度抛光的切屑槽也能干净地排出切屑，而优化的刀芯直径则提高了刀具的刚性。

02复合材料和新材料

碳纤维或钛合金等复合材料也需要能够承受极端负荷的特殊工具。随着对这些更轻但更坚固材料需求的增加，对能够加工这些材料的刀具的需求也在增加。因此，许多公司的研发目标都集中在这些工具的生产上，重点是其涂层。

位于德国南部巴登-符腾堡州的刀具制造商Mapal也在进一步开发其表面技术，同时，研究硬度极高且耐磨的金刚石层可切割碳纤维材料、陶瓷、石墨和铝化合物等材料。特别是在模具制造行业及航空航天工程行业，用户对使用寿命和加工可靠性的要求越来越高。

在其涂层技术能力中心，可转位刀片和整体硬质合金刀具都是通过PVD或CVD工艺制备的。对于干切削和高速切削，专家通常建议采用CVD工艺。在化学气相沉积过程中，化合物的沉积温度略高于1000℃。如果预期加工条件相当不稳定或切割条件困难，则应使用更坚硬的PVD涂层。物理气相沉积将金属硬质材料（如硝酸钛或氮化钛铝）与硬质合金基体结合在一起。如果粘着磨损工艺起作用，则通常选择类金刚石碳涂层（DCC）。它们也可通过PVD或基于等离子体的CVD工艺分离。为了给工具镀膜，Mapal目前根据具体应用，将镀膜范围限制在3~15μm。经过优化的HF-CVD工艺可生产出厚度几乎均匀一致的涂层。一个始终不变的目标是：在特定的切割应用中，无论切割深度如何，都应能够可靠地使用总切割长度。其中一个例子是OptiMill-Composite Speed-Plus，这是一种用于碳纤维增强（CFR）材料的整体硬质合金铣刀。在这种情况下，均匀的CVD金刚石涂层可确保较长的使用寿命和较高的加工可靠性：“过去几年中，我们一直致力于改进金刚石涂层工艺，并为刀具制造开辟了新的机遇，”Mapal公司切削材料/涂层研发团队总监Martin Kommer博士说。因此，从正确的几何形状、选择合适的硬质合金到涂层的整个刀具设计过程都由刀具制造商全权负责。纤维撕裂和突出以及毛刺也是Emuge Franken许多客户面临的问题。复合材料应用于许多不同的行业，如航空航天工程、汽车工业、能源储运和医疗。公司针对各种加工问题开发了纤维切割铣刀。

03可加工纤维增强塑料刀具

如碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强塑料（GFRP）和芳纶纤维增强塑料（AFRP）。直径从4.0~20mm的ZR涂层立铣刀可用于CFRP和GFRP的粗加工。带有金刚石-ZR涂层的立铣刀在进行粗加工和精加工时不会产生任何破损。特殊的齿形可确保干净、可靠地切削纤维，切屑量大，排屑效果最佳。直径从1.0~3.0mm、带有金刚石-ZR涂层的微型立铣刀适用于微细加工。反向剪切立铣刀（5.0~12mm）可用于芳纶纤维增强塑料的钻孔和切边铣削。

04纳米技术和微结构工具

另一个趋势与待生产部件的尺寸有关，零件越来越小，因此，所需的形状和几何尺寸也在缩小。零件的微型化要求模具的精度越来越高，尺寸越来越小。在微技术和纳米技术领域，过渡是非常流畅的。电子和医疗技术领域对具有微小结构的模具需求量很大。

例如，在德国Paul Horn公司，掌握微切割的每一道工序至关重要。当需要加工0.1mm的外径、0.5mm的插入量和5mm的进给量时，就会感觉到所有加工要素的协调是多么。极小的切削深度需要非常锋利的刀片，以便将切削压力降至最低。然而，磨蚀性切削刃增加了产生微裂纹的危险。即使是切削刃上几微米范围内的小裂纹，也会对工件的加工表面产生负面影响。切削表面的光洁度也起着重要作用。为了防止边缘堆积，Paul Horn的切削表面在使用前要经过精细打磨或抛光。

为了使用户能够生产助听器的螺钉、手表生产的平衡砝码或医疗部件的车削微型零件，霍恩公司开发了用于微型切割的μ-Finish系统。因此，在旋转可转位刀片时，可以实现±0.0025mm的变化精度。例如，用户可以转动切割板，而无需重新调整刀尖高度。

德国LMT Tools是另一个体现越来越小工件趋势的例子。在开发微铣刀的过程中，除了要求工件质量外，生产率和加工可靠性也是重点。LMT提供公差范围达0.007mm的各种微铣刀，用于小直径刀具的高精度铣削加工。3、4和6mm精密轴的公差为h5，直径范围为0.3~3.0mm，有两种几何形状可供选择：一种是用于轮廓加工的直面设计，另一种是球形刀头设计。后一种设计可确保在加工复杂的三维形状时具有更高的灵活性。由于铣刀呈球形，因此可以加工曲线和不规则表面。

主要应用领域之一是模具制造中的硬加工，例如复杂的三维模具表面、深腔、钻孔、凹槽或带肋结构。LMT借助可承受高温的耐磨层基材系统来抵消高热机械载荷集合，因此，工具具有抗氧化性和抗扩散性，并具有热硬度。

“通过微型计划，我们在轴和可转位刀片产品组合中补充了与模具制造，特别是注塑模具制造相关的多种工具解决方案。”LMT Tools旋转刀具研发主管Sascha Beblein博士强调说，“我们能够全面覆盖所有领域——从冲头、压力机、锻造模具、塑料模具和压铸模具到自由曲面、电极生产和模具制造。”

05无需导向的最小直径钻头

来自卢森堡的Ceratizit公司提供小直径和超深孔钻头。WTX型钻头可钻30×D的孔，同时保持较高的定位精度。5×D版本被设计为微型深孔钻的导向钻，从而为微型深孔钻加工创造了条件。微型钻头的自定心特性意味着在8×D以下（包括8×D）的范围内，无需先导钻孔/定心。

据生产商称，这种钻头能可靠地加工钢材、铸件或高耐热材料，重复精度高。这归功于优化的几何形状和所谓的龙皮涂层。钻尖的特殊几何形状提高了定位精度，而研磨表面和获得专利的排屑空间确保了快速可靠地排屑。刀具借助螺旋冷却通道和轴中的冷却室进行冷却。通过这些措施，Ceratizit致力于确保微型钻孔的重复精度和无中断。Ceratizit整体硬质合金钻削刀具产品经理Felix Meggle说：“公司还能与客户一起帮助优化工具，以适应新的挑战性应用。”

06夹具助力精密加工

加工工件的最终公差越接近，就越依赖于从机床底座到切屑的整个动力传输链。现在，Iscar公司针对其中的一个步骤推出了一项创新：BHD MB镗头被一种名为BSFD或Boring Super Fine Digital的新型刀具系列所取代。该测量仪可显示所有精细镗头直径。数字镗头直径从3mm到203.1mm，精度为±0.001mm。显示单元通过磁力与刀具夹具对接，这样就可以借助数字屏幕调整直径。

据供应商Iscar称，该工具最适用于高精度钻孔作业。该工具适用于汽车行业、航空航天工程行业和一般机械工程行业。在断续切削条件下，它们还可作为高公差铰孔操作的替代工具。

新的标准夹具装置还能确保在对坯料进行五轴加工时实现和无中断切削。其中一个例子是Emuge的EvoGrip定心钳，它是一种手动操作的直接夹紧装置，可将工件定心夹紧。其紧凑的设计可实现五轴多面加工，并使此类夹紧装置具有普遍适用性。EvoGrip采用模块化和超薄系统设计，最大夹紧力可达75kN。EvoPoint零点夹持系统是EvoGrip的最优补充。EvoPoint具有高精度的特点，并且由于其模块化设计，可以与定心钳系统结合使用。据生产商称，与EvoPoint结合使用可将设置时间最多缩短80%。这些夹爪有不同的版本，例如具有不同轮廓的一体式夹爪、由基本夹爪和可翻转夹爪组成的多件式夹爪，以及具有不同轮廓的可翻转夹爪、顶爪和中心夹爪。

07测量系统

当涉及到精度问题时，相应的控制也是必不可少的。Hahn+Kolb公司举例说明了如何在这里找到创新。这家工具服务供应商提供Diavite和Atorn品牌的Micro、DH-9和Easyroughness粗糙度测量设备，作为根据ISO21920标准测量表面的三种解决方案。到2021年底，这项新的国际标准将取代已撤销的ISO4287、ISO4288、ISO13565-2和ISO1302标准，这些标准已无法涵盖现代测量设备的所有可能性，新标准的三个部分涉及与轮廓相关的测量、表征和零件表面纹理（粗糙度、波纹度）指示。

用于测定粗糙度的设备采用铝制外壳和触摸显示屏。它们有用于撬式探头和基准面探头（自由跟踪器）的进给装置，以及特殊的个性化解决方案。因此，与纯粹的撬式拾取系统相比，用户可以执行更多的测量任务。相应的球形测头、深测头、钻孔测头、齿面测头、轴测头和自由切削测头还能记录深表面、齿轮、沟槽和钻孔或小凹槽的数值。

Atorn的Easyroughness甚至可以记录丝钻孔、轴直径、内部凹槽和齿面的粗糙度。除了通过大尺寸10.1英寸触摸屏显示表面粗糙度外，测量结果还通过集成的Windows IoT操作系统进行存储，并提供视频/照片记录选项。因此，用户可以确定目标值也符合当前状态，并将其记录下来提供给客户。