近年來，金屬加工業發展迅速， 其動力來自於多個方面。例如經濟 的全球化、市場競爭的加劇、難加工 材料的使用以及對環境問題的覺悟 等因素。其結果是，刀具的最終用戶 對刀具製造商提出持續改進的要求。金屬加工業的總趨勢是發展更多先 進的加工工藝。雖然刀具發展史上 具有劃時代意義的創造發明多數來 自專門的科研機構，但是直接面對具體加工挑戰的是廣大的刀具製造商。因為刀具製造商處在開發新型刀具 材料、刀具結構和加工方法的第一 線。本文將針對幾個方面的加工挑 戰給出具體的案例，闡述刀具製造商 如何在實踐中推進刀具的發展。
新材料的加工挑戰
粉末金屬零件是一種經濟型的 替代方案。使用粉末金屬技術製成 的零件具有許多獨特的優勢。粉末 金屬技術使得被加工的複雜零件接 近最終的尺寸和輪廓，從而明顯提高 加工效率。通常所需要的只是一次 精加工。另外，粉末金屬技術在零件 內特意留出殘餘孔隙度，這對於自潤 滑、減輕重量和消聲等特性非常有 利。某些複雜零件很難或不能採用 傳統鑄造工藝製造，能很容易地使用 粉末金屬技術進行生產。總之，粉末金屬技術提供了一個經濟的零件生 產方法。那麼，加工粉末金屬面對的 挑戰是什麼？
粉末金屬材料的加工難度常常 被低估。由於粉末金屬材料往往是 在一種軟的、有時為多孔結構中含有 硬顆粒，加工人員常常被材料硬度值 所誤導。顆粒硬度高達 HRC 70，而 宏觀硬度低到 HRC 10。硬顆粒和多孔性會導致刀具切削刃的微觀疲 勞。刀具的切削刃在切入切出時猶 如是在顆粒和顆粒之間以及孔和孔 之間穿行。反覆的小衝擊導致切削 刃上產生小裂紋。這些疲勞裂紋越 來越大，最終導致切削刃微崩。這種 微崩非常細微，以致於看上去就像正 常的磨損。顆粒硬度和宏觀硬度之 間的常見偏差意味著加工粉末金屬 零件通就像是在加工一個砂輪。
粉末金屬零件的獨特性能和加 工特性意味著增加耐磨性的高 CBN 含量和為了改善切削刃韌性的細顆 粒度是加工的基本要求。CBN200 刀片正是由 CBN 高含量的極細顆 粒材料構成，正好滿足了這些要求。此外還有一種獨特的金屬粘合劑， 從 而使 CBN200 成為理想的加工解決 方案。它極好的耐磨性和韌性對於 最小化加工成本非常理想。
通過匹配倒角、寬度和切削刃研 磨，我們已經強化了切削刃，並因此 提高了刀具壽命，改善表面粗糙度和 加工公差，使客戶獲得更高的生產率 和可靠性。這種切削刃設計對於難 加工的粉末金屬材料尤其適用。
汽車發動機缸蓋上的閥座是一個典型的粉末金屬零件，閥座孔的 精加工用 PCBN加工的刀具壽命是 5000 件，而用硬質合金刀具加工的 壽命為 300 件，兩者的壽命相差十幾 倍。PCBN等超硬刀具材料替代硬 質合金刀具已經在越來越多的應用 場合成為一種趨勢。
難加工材料斷屑的挑戰
鈦合金是眾人皆知的不良導熱 體，也就是說高溫保持在切削點上， 導致能產生焊接、粘結和擴散等合金 化傾向，切削刃會很快被損壞。鈦 合金的切削特性是產生一種薄的高 速切屑，它很難被折斷成可控制的碎 屑。通常，這種切屑將使傳統的冷卻 傳輸系統偏移，導致切削點缺乏冷卻 液，並損壞零件。使用大正前角且切 削刃鋒利的傳統刀具可以使這些影 響最小化，但是生成的長切屑很難控 制。
為響應航空工業對改善鈦合 金切削性能的需求，山高開發了 Jetstream 刀具。在解決把冷卻液精 確地傳送到切削區這個老大難問題 上，它是一種革命性的新方案。
Jetstream 刀具的工作原理是把 集中的冷卻液高壓射流以高速直達 接近切削刃的最佳位置。這種冷卻 液的射流把切屑抬離前刀面，改善切 屑控制和刀具壽命，並能提高所應 用的切削參數， 而且不僅僅適 用於航空材料。Jetstream 刀具 已經被證明對幾 乎所有的材料組 有效，而且冷卻 液壓力的選擇範 圍寬。
從切削區高 效地散熱是影響 刀具性能的最重 要的因素之一。使用冷卻液來散熱的好處是清晰明瞭，直到現在冷卻 液還簡單地被用在沖洗該區域。要 讓冷卻液能真正地有效，它應該能把 熱量從切削區迅速帶走，而定向的冷 卻液流將冷卻液精確地送到需要的 地方就會有效得多。
為了使刀片有效地工作，工件和 刀片兩者都需要達到某一溫度水平。熱量太多的話，刀具壽命將縮短；熱 量不足的話，切屑將不能正常形成。當切屑形成時，它所含的熱量需要被 帶走。不能迅速帶走熱量導致一種 延展性好的切屑，柔性好且不能折 斷，而其自身的不斷捲曲使操作工操 作起來十分不便。
Jetstream 刀具對於從切削區帶 走熱量非常有效，使得切屑迅速冷 卻，切屑的硬化使其變脆。由此得到 的切屑易於折斷並能從切削區移除。
憑藉Jetstream刀具，山高清楚 了直接將冷卻液傳輸到刀具 / 工件 接觸面這一理念的重要性。它用最 小量的冷卻液，提供有效的冷卻，也 使得切屑脆到足以更容易地折斷， 從 而允許提高切削速度並延長刀具壽 命（歸因於減少加工硬化和溝槽磨 損）。更不用說消除了停機時間和與 纏結的長切屑相關的零件損壞。
在山高的試驗中，普通刀具以 40m/min的切削速度、0.25 mm/ rev的進給量和2mm的切削深度來生產 Ti6Al4V 零件，加工節拍為 5min。而使用 Jetstream 刀具，可以 把切削速度提高到 80m/min，並將 加工節拍縮短到 3min，生產率提高 了 40%。
加工效率的挑戰
時代在變，日益增長的效率競爭 要求有越來越高效的加工方法。高 進給銑削是保持公司處於領先地位 的關鍵。
高進給銑削實際上是一個為高 金屬切削率開發的粗加工方法，用以提高生率和節約加工時間。把較淺的切削深度（不超過 2mm）和大的 切削圓弧半徑或者小的主偏角相結 合，將切削力的方向朝著軸向的機床主軸。
這種銑削方法能夠取得比傳統 方法快 3 倍的加工速度。它並沒有 在切削時採用更大的切深（將縮短刀 具壽命） ，而是從反方向進行。它把 淺的切削深度和高的每齒進給量成 對使用，保護了刀具。並且獲得比普 通加工更高的金屬切除率。
這種方法具有很多優勢。例如， 切削力在軸線方向上指向機床主軸；減少振動並進而延長刀具壽命；高 進給銑削（HFM）方法利用較小的 主偏角；使得徑向切削力最小化而 軸向切削力最大化；減少振動的風 險並獲得穩定的加工；當處於大懸 伸加工時，這個方法甚至又能提高切 削參數。
採用較小的切深和更快的每齒 進給量進行加工，每分鐘可以去除超 過 1000cm3 的工件材料。事實上，有 時進給速度可以提高到常規值的 10 倍。而且即使它是一種粗加工方法， 仍能獲得接近成品的外形。這使得 用戶能跳過半精加工並直接進行最 終的精加工。給每臺機床生產更多 零件的可能性。
HFM 方法對於型腔銑削非常有 效，尤其是模具加工。除了型腔銑削，
它還可用於平面銑削、螺旋插補銑削 和插銑等加工方法。HFM 方法已經 被更多的機加工領域所採用，刀具制 造商還在提高加工經濟性方面進行 探索。除了最常見的三角形刀片， 有 4 個切削刃的方刀片也已用於高進 給銑刀。
加工經濟性的挑戰
方肩銑削在銑削加工領域佔有 很大份額。無論加工中遇到怎樣的 困難，用戶都希望獲得一種既能提高 生產率又能降低單件成本的經濟刀 具的解決方案。多切削刃刀具已經 存在，但是用戶還在尋求能夠提供最 低每刃成本的刀具。
方肩銑削的經濟 性還體現在以下方面。用戶希望第一次就實 現真正的 90°直壁，不 必動用費錢耗時的另 一個銑削加工。有些 多刃刀具噪聲很大，振 動劇烈，因此其表面粗 糙度的效果不甚理想。需要低噪聲、低振動的 銑削刀具，而且必須採 用較小的公差刀片（周 邊磨削）和刀片座。客 戶需要高精度的刀具 來實現最佳質量的表 面粗糙度。減少不同 刀具的庫存量有助於 提高利潤。客戶需要 可用於多種不同加工（包括平面銑 削）的方肩銑刀。事實上，客戶希望 得到一種用於普通加工的可靠、經濟 高效、首選的解決方案。
山高刀具公司的 Square-6產 品是一款採用三角形刀片的獨特方肩銑刀。每個刀片有 2 個切削刃的 Turbo旋風銑刀是一款最常見的方 肩銑刀，它切削輕快，加工效率高。美中不足的是刀片的有效切削刃數 量少，在談及經濟性時缺乏優勢。Square-6 有 6 個切削刃，因此每個 切削刃的成本低，非常經濟。刀片座 的軸向前角為負，但是刀片上的正角 切削刃能保證切削前角為正，因此可 以確保高性能。Square-6 具備 3 種 不同刀片幾何角度和 3 種不同的齒 距，這使得其能在廣泛的材料、加工 和工況下都能提供同樣的高性能。90°的主偏角確保只需一次加工就能 得到真正的 90°方肩，從而節約生產 時間。帶塗層的刀體具有更長的刀 具壽命。預硬的刀體和周邊精磨的 刀片具有更好的精度，可靠性更高， 也能夠提高所加工零件的精確度和 公差。 切削刃，增加了刀體的製造難度。常 見的 Turbo 旋風銑刀片和方刀片都 是單面刀片，分別由 2 個和 4 個切削 刃。而Square-6的刀片是雙面的， 對刀杆上刀片座的設計、製造提出更 高的要求。但隨著製造技術的進步， 其加工也不成為一個難題。所以， 隨著製造技術的不斷進步，類似於 Square-6 這種注重經濟性的產品將 會不斷出現。
