Ingersoll重新装配改善粗铣加工操作 提升生产能力

McGill Machine Works公司的粗铣加工操作令切削刀片受损。Ingersoll公司的Di-Pos Hexa高性能平面铣刀具有更长的使用寿命，进而提升了生产能力。

刀片的破裂对生产能力造成的影响将是难以估量的(尤其是在近期订单量增长了一倍之多的重压下)。McGill Machine Works公司的生产协调员Rich Bauer在一次粗铣加工过程中，就遭遇了这一情景。不过，通过对设备重新装配的切削刀具，如今Ingersoll公司的生产能力已实现了80%的增长，并且该刀具的使用寿命是原刀具的8倍，Bauer表示。

Bauer所在的机械装备车间共拥有10名员工。该车间每天运行22h，每周5天，而Bauer的主要工作是对高铬钢材料进行粗铣加工，制成D-2锻件，用作钉枪机构上的易磨损零件。经过粗加工后的矩形成品零件尺寸为：2.5in(1in=25.4mm)长，1.25in宽，0.350in厚(最窄处为0.194in)。在粗加工中，通过面铣和方肩端铣的方式对原材料进行铣削，使其重量减少了一多半。这一操作时间占据了整个机械加工流程的80%。随后进行钻孔、开槽，最终将其车成圆角，来消除存在应力集中的交角。接着对该零件进行热处理，使之达到60～62HRC，并涂敷氧化物涂层。

图1 McGill Machine Works使用Ingersoll公司制造的新型Di-Pos Hexa平面铣刀，对存在操作难度的D-2存货进行了重新装配，从而改善了粗铣加工操作。刀具寿命得到了延长，生产能力提升了80%，运行过程中的噪声水平降低，并且也不会因为切削液造成脏乱现象

尽管Bauer最初使用的是专门为高铬钢设计的刀片，在他看来，能够在5个此类刀片碎裂之前将其取出来，就已经是足够幸运的了。他尝试降低材料去除率，然而这作用不大。他说，当使用Kia vx 500数控立式加工中心来加工零件时，需要耗费51min才能完成整个粗加工流程。其中，该设备采用的是直径为2 in的四节锥角式平面铣刀(采用合成的冷却液)，并且设置为625sfm、10in/min和切削深度0.050in。在这些条件下，每4～5个刀片中，就会有一个出现碎裂。增加切削深度会导致切屑堵塞。加工过程通常会产生重击噪声，以及粉末状的切屑——这是硬质零件机械加工的特点。

“工具的损毁是我们所面临的主要挑战，但同时我们也在寻求提高生产能力。”Bauer说道。促成上述变化的是一封来自Ingersoll公司的宣传电邮：其中介绍了该公司最新制造的高效Di-Pos Hexa平面铣刀。在与现场代表Jarett Johnson进行尝试性的沟通后，Bauer获得了一个新工具，以及随附的推荐参数和对停止使用冷却液的建议。

图2 这种由Ingersoll公司制造的Di-Pos Hexa易切式平面铣刀，在金属的坚硬表面下进行切削，产生均匀一致的切屑，并且将工具和工件在机械加工中产生的切削热带走。其上的先进涂层减小了摩擦力，并且为刀片基层提供了隔热保护

Bauer说他没法立刻抽身去试验这种新型刀具，但当他在随后的几天内采用了随附的参数后，他决定一试。尽管来自Quality Tools and Abrasives的经销商Johnson和Mike Toleman试图提供帮助，但Bauer认为重新装配并不难，因此不需要手把手的辅导。

在试验中，他采用了Johnson推荐的参数，并且按照他的提议停止了对冷却液的使用。对于直径为2in的六节锥角式Di-Pos Hexa刀具，其具体设置为：500sfm、40in/min和切削深度0.075in。这类刀具的运转周期仅为28min，并且刀片的寿命延长到了先前的6倍之久。同时，表面修整也得到了改善，并控制在了30～60微英寸的规范水平内。在提高材料去除率的同时，主轴负载仪也很少再超过50%的水平，并且运行过程中的噪声水平也有所降低。所形成的切屑呈现均匀一致的C型，表明这是一种充分的易切式操作。

“在坚硬的材料上进行干式处理看起来似乎是不可能的，但切削液往往会产生热冲击，这会对现有的高性能刀片的涂层造成损伤。”Johnson说道，“此外，Di-Pos Hexa刀具在运行时的温度很低，因此最初无需使用切削液。”

图3 注意该刀片的易切式几何结构。据Ingersoll公司称，双面刀片都较薄，刀具上较大的沟槽是为了方便增加切削深度而设计的

在进行了数次试验后，Bauer减少了进料，试图令表面修整精度达到25微英寸的水平(此时的设置为20in/min，其他参数保持不变)。这一变动使周期延长至39min，但仍然要比之前缩短了25%。刀具寿命同样也得到了提升，现如今，车间使用的一件刀具，其寿命相当于之前所采用的八件刀具之久，这成为了McGill公司在该项加工流程中的标准参数。现今，刀具碎裂的难题已被攻克。该公司采用了一种侧面磨损的故障模式，为加工流程提供更多保障。

“由于缩短了用于工具维修的停机时间，因此工序时间得到了极大地改善。”Bauer说道，“我们能够使用一套刀具来完整地运行一次以上的轮班，并且期间不会发生刀片破裂的事故。”他估测，对刀具的重新装配可以在每年为McGill公司总共节省大约10000美元的成本费用。

除了Di-Pos Hexa刀具材料的加热硬化性能以外，还有几个关键性的因素可以用来解释其在D-2上的出色表现。“首先，刀片同时具有轴向和径向的前削度，切削动作更倾向于劈裂，而非刮削。因此，这会产生切削力和热量。”Johnson说道。

图4 这张正面及背面视图展示了原料与成品零件的对比。在经过粗加工后，原工件的重量减少了一半之多

第二个因素是，刀片表面的先进涂层减小了摩擦力，并且为刀片基层提供了隔热保护，使其免受机械加工产生的热量的影响。“当切屑从切削区域甩落时，该涂层将机械加工产生的热量转移到了切屑上，从而冷却了工具和工件。在对上百次的使用进行统计后，证实了该涂层一般能够将刀片性能提升35%，即便所处理的是硬质材料。”Johnson说道。

Di-Pos Hexa刀具还包括其他特点，比如刀具上的刀片较厚，沟槽较大，这就使其能够实现0.230in的切削深度，并且不会造成切屑堵塞。Johnson说道：“在处理易于加热硬化的材料时，诸如D-2，尤其需要注意增加其切削深度。无论你是否意识到，只有当切削刃到达硬化材料的表面下方，并且进入内层更柔软的材料中时，你所进行的操作才称得上是对硬质零件的机械加工。”

McGill公司是首个使用由Ingersoll公司生产的Di-Pos Hexa刀具的用户。这家主营工具加工设备的公司最近引入了这一刀具，用于方肩铣削和主动斜坡修整操作。尽管刀片是双面的，但其切削刃同时具有轴向和径向的前削度。

为了维护车间的良好运行，经销商Quality Tools and Abrasives公司在现场设置了一台自动售货机，其内存放了在公司内使用的各种类型的刀片。在McGill公司购买的刀片中，产自Ingersoll公司的刀片大约占据了3/4。