從20世紀(jì)90年代至今，整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)憑借其高精度、長壽命和定制化優(yōu)勢，逐步占領(lǐng)金屬切削刀具市場的半壁江山。本文將解析其技術(shù)突破、產(chǎn)品創(chuàng)新與未來趨勢，解密ISCAR如何以創(chuàng)新推動其發(fā)展變革。
01技術(shù)突破奠定行業(yè)基石
整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)自20世紀(jì)90年代末以來已成為金屬加工行業(yè)的焦點(diǎn)之一。其突出地位源于多重優(yōu)勢：相較于可轉(zhuǎn)位銑刀，整體硬質(zhì)合金立銑刀(圖1)具有更高加工精度、更適應(yīng)小直徑設(shè)計，并能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的刀具動平衡結(jié)構(gòu);整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)在性能上全面超越高速鋼(HSS)材質(zhì)的同類產(chǎn)品，硬質(zhì)合金材料賦予其更卓越的耐磨性能，能夠更持久保持刃口鋒利度，從而顯著延長刀具使用壽命。
顯然，僅憑上述優(yōu)勢并不足以解釋20世紀(jì)90年代以來整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)在銑削刀具市場份額的快速增長。還有若干關(guān)鍵因素推動了該產(chǎn)品在行業(yè)的普及應(yīng)用：首先，CNC加工技術(shù)的進(jìn)步與高速銑削(HSM)工藝的興起，對適應(yīng)高切削速度的刀具提出了迫切需求，而SCEM恰好完美契合這些要求。更重要的是，數(shù)控工具磨床與CAD/CAM系統(tǒng)的跨越式發(fā)展，成為當(dāng)時推動SCEM取得重大技術(shù)進(jìn)步與市場認(rèn)可的核心驅(qū)動力。這一技術(shù)突破堪稱真正的行業(yè)變革者，它催生了一個重大發(fā)展契機(jī)：
• 數(shù)控工具磨床性能的大幅提升，使得整體刀具能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的幾何形狀加工。
• CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用使得立銑刀復(fù)雜幾何形狀的設(shè)計與制造成為可能，這在以往難以實(shí)現(xiàn)。工具磨削仿真軟件通過對磨削過程的虛擬分析，顯著提升了整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的加工精度。
•CAD/CAM系統(tǒng)與數(shù)控工具磨床的深度集成，為客戶定制化立銑刀提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，可精準(zhǔn)滿足個性化加工需求。
• 高效數(shù)控工具磨削技術(shù)的應(yīng)用顯著縮短了生產(chǎn)周期并降低了制造成本，使得高品質(zhì)整體硬質(zhì)合金立銑刀對刀具制造商和終端用戶而言都更具市場吸引力與商業(yè)可行性。
• 先進(jìn)數(shù)控工具磨床與CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用還顯著提升了質(zhì)量控制水平，確保刀具參數(shù)的一致性。
此外，材料科學(xué)與粉末冶金技術(shù)的進(jìn)步推動了細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體的發(fā)展，這種先進(jìn)基體具有更高的硬度和耐磨性。當(dāng)與TiAlN等新型先進(jìn)涂層結(jié)合時，所形成的硬質(zhì)合金牌號能顯著延長刀具壽命——這使其幾乎成為專為高速切削和硬質(zhì)材料銑削設(shè)計的整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的理想選擇。
因此，整體硬質(zhì)合金立銑刀已成為高效加工不可或缺的關(guān)鍵刀具，目前SCEM在銑刀市場中占據(jù)重要份額。據(jù)多方統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，整體硬質(zhì)合金立銑刀約占該市場份額的50%，且其市場占比仍呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。
02順應(yīng)市場的發(fā)展趨勢
CNC加工技術(shù)的持續(xù)普及、高速銑削(HSM)工藝的興起，以及精密壓鑄/鍛壓/注塑成型帶來的加工余量減少——這些因素與硬質(zhì)合金材料及涂層技術(shù)的進(jìn)步共同決定了整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的發(fā)展趨勢，也對刀具制造商提出了新的技術(shù)要求。主要發(fā)展趨勢包括：
• 硬質(zhì)合金牌號方面，亞微米級碳化物的廣泛應(yīng)用及TiAlN、AlTiN、金剛石涂層等高耐磨涂層的普及已成為行業(yè)趨勢。
• 刀具結(jié)構(gòu)與切削幾何方面，日益復(fù)雜的"智能型"設(shè)計正成為主流，不等分角距、變螺旋角以及分屑切削刃等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。
• 在高效加工領(lǐng)域，針對高速銑削(HSM)和高進(jìn)給銑削(HFM)優(yōu)化的整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)受到特別重視。
• 就刀具精度而言，金屬加工行業(yè)對高精度、高平衡性刀具的需求與日俱增，以滿足嚴(yán)格加工公差要求，并確保在高速旋轉(zhuǎn)工況(尤其是精加工切削時)的穩(wěn)定運(yùn)行。
•定制化解決方案——為滿足特定應(yīng)用需求，刀具制造商正開發(fā)包含獨(dú)特硬質(zhì)合金牌號與切削幾何的特制產(chǎn)品。
• 多功能性——市場對復(fù)合功能整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的需求日益增長，這類刀具集銑削、鉆孔、倒角等多種加工功能于一體。
• 數(shù)字化轉(zhuǎn)型——工業(yè)4.0對金屬加工的影響凸顯了數(shù)字刀具配套系統(tǒng)的重要性，包括可用的數(shù)字孿生體、3D模型與2D工程圖、便捷獲取的指定切削參數(shù)、工程計算以及刀具壽命預(yù)估等功能。
03 ISCAR的創(chuàng)新產(chǎn)品矩陣
在比較兩款尺寸相近的整體硬質(zhì)合金立銑刀時，肉眼往往難以察覺明顯差異，即便借助放大鏡或顯微鏡也未必能辨識。然而，這些刀具的實(shí)際加工性能指標(biāo)可能天差地別，差異立見分曉。下面讓我們通過ISCAR的最新產(chǎn)品研發(fā)成果，解讀其如何應(yīng)對這些技術(shù)挑戰(zhàn)。
只需快速瀏覽ISCAR整體硬質(zhì)合金立銑刀產(chǎn)品線，就能從應(yīng)用角度發(fā)現(xiàn)SCEM產(chǎn)品的一個顯著趨勢：過去強(qiáng)調(diào)通用型設(shè)計理念，使立銑刀能加工多種工程材料;而現(xiàn)在的新品研發(fā)則聚焦于為特定材料組別提供最優(yōu)銑削方案。
以Ti-TURBO立銑刀系列為例，該系列產(chǎn)品專為鈦合金加工而設(shè)計：具有精密設(shè)計的切削幾何形狀，具有四個切削刃，適用于各種機(jī)加工(圖2)，在銑削槽時深度可達(dá)兩倍刀具直徑;同時可提供七個和九個切削刃的SCEM，專為擺線銑削等高速加工工藝優(yōu)化。Ti-TURBO刀具采用變螺旋角與不等齒距設(shè)計，在高速切除率(MRR)條件下，顯著提升了鈦合金(包括"三5"難切削級Ti-5-5-5-3等材料)加工時的動態(tài)剛性及顫振抑制能力。該明星產(chǎn)品系列在ISCAR最新LOGIQUICK推廣活動中又新增多款型號。
基于變螺旋角、不等齒距及其組合設(shè)計的無顫振刀具，已成為ISCAR整體硬質(zhì)合金立銑刀的顯著特征。這類設(shè)計不僅能確保高加工穩(wěn)定性，還可實(shí)現(xiàn)加長切削刃的開發(fā)。近年來，無顫振SCEM系列新增多款產(chǎn)品，提供豐富的轉(zhuǎn)角半徑選擇、加長的切削刃、便于排屑的中心冷卻孔，以及將寬切屑分割為小段的分屑幾何結(jié)構(gòu)。
另一個典型代表是EC-A2-T系列——這是一組直徑范圍0.3至4毫米的高精度雙刃微型立銑刀，專為預(yù)硬鋼及淬硬鋼的高速加工而設(shè)計(圖3)。該系列最新升級采用IC602牌號——這是一種采用AlTiSiN物理氣相沉積(PVD)涂層的高硬度亞微米級硬質(zhì)合金，可顯著提升銑削硬度高達(dá)HRC 65鋼材(ISO H類應(yīng)用)時的加工性能。
針對鋁合金及有色金屬(ISO N類材料)加工，ISCAR最新推出采用IC1508牌號的三刃整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)。該刀具采用亞微米級硬質(zhì)合金基體配合類金剛石碳(DLC)涂層，專為高效切削而優(yōu)化。
多功能ECD-S2整體硬質(zhì)合金刀具集成了點(diǎn)鉆與倒角銑削功能。除了現(xiàn)有45°刃角刀具外，ISCAR新推出30°和60°刃角型號以滿足不同客戶需求。這款多功能刀具幾乎適用于所有機(jī)械加工車間(圖4)。
新產(chǎn)品還包括SOLID-FEED-MILL系列多刃整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)，專為高進(jìn)給銑削而設(shè)計。該刀具通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計最小化切削力的徑向分量，從而降低彎曲載荷，即便在長懸伸工況下也能實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給率加工。
最新發(fā)布的NEOBARREL鼓形整體硬質(zhì)合金立銑刀(圖5)專為復(fù)雜3D曲面的五軸加工而設(shè)計。該刀具能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面的高精度、高效率切削加工。
近年來，ISCAR基于ISO 13399標(biāo)準(zhǔn)大幅擴(kuò)展了其數(shù)字化刀具組件功能。該組件包含多種選項：用于計算機(jī)建模、CNC編程與工藝規(guī)劃的3D/2D刀具模型;支持?jǐn)?shù)據(jù)交換的STEP(.p21)文件生成;增強(qiáng)的虛擬裝配與刀具搜索功能;以及針對特定應(yīng)用選擇最優(yōu)刀具方案的能力等。這些功能同樣全面適用于整體硬質(zhì)合金立銑刀產(chǎn)品。
在ISCAR電子目錄(e-catalog)中，包括整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)篩選在內(nèi)的刀具搜索功能已顯著擴(kuò)展。新增的客戶導(dǎo)向型搜索選項可根據(jù)以下關(guān)鍵參數(shù)選擇更合適的整體硬質(zhì)合金立銑刀：被加工材料類型、適配性、尺寸規(guī)格、切削材料牌號、以及刃數(shù)等特征參數(shù)——這些改進(jìn)使立銑刀選型更便捷高效。
本文展示的ISCAR整體硬質(zhì)合金立銑刀新品實(shí)例，充分體現(xiàn)了該公司對性能、應(yīng)用范圍、精度及可靠性等最新發(fā)展趨勢的響應(yīng)。通過持續(xù)跟蹤這些技術(shù)趨勢，ISCAR實(shí)力雄厚的研發(fā)團(tuán)隊不斷開發(fā)創(chuàng)新解決方案，以滿足金屬加工行業(yè)日益發(fā)展的需求。
01技術(shù)突破奠定行業(yè)基石
顯然，僅憑上述優(yōu)勢并不足以解釋20世紀(jì)90年代以來整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)在銑削刀具市場份額的快速增長。還有若干關(guān)鍵因素推動了該產(chǎn)品在行業(yè)的普及應(yīng)用：首先，CNC加工技術(shù)的進(jìn)步與高速銑削(HSM)工藝的興起，對適應(yīng)高切削速度的刀具提出了迫切需求，而SCEM恰好完美契合這些要求。更重要的是，數(shù)控工具磨床與CAD/CAM系統(tǒng)的跨越式發(fā)展，成為當(dāng)時推動SCEM取得重大技術(shù)進(jìn)步與市場認(rèn)可的核心驅(qū)動力。這一技術(shù)突破堪稱真正的行業(yè)變革者，它催生了一個重大發(fā)展契機(jī)：
• 數(shù)控工具磨床性能的大幅提升，使得整體刀具能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的幾何形狀加工。
• CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用使得立銑刀復(fù)雜幾何形狀的設(shè)計與制造成為可能，這在以往難以實(shí)現(xiàn)。工具磨削仿真軟件通過對磨削過程的虛擬分析，顯著提升了整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的加工精度。
•CAD/CAM系統(tǒng)與數(shù)控工具磨床的深度集成，為客戶定制化立銑刀提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，可精準(zhǔn)滿足個性化加工需求。
• 高效數(shù)控工具磨削技術(shù)的應(yīng)用顯著縮短了生產(chǎn)周期并降低了制造成本，使得高品質(zhì)整體硬質(zhì)合金立銑刀對刀具制造商和終端用戶而言都更具市場吸引力與商業(yè)可行性。
• 先進(jìn)數(shù)控工具磨床與CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用還顯著提升了質(zhì)量控制水平，確保刀具參數(shù)的一致性。
此外，材料科學(xué)與粉末冶金技術(shù)的進(jìn)步推動了細(xì)晶粒硬質(zhì)合金基體的發(fā)展，這種先進(jìn)基體具有更高的硬度和耐磨性。當(dāng)與TiAlN等新型先進(jìn)涂層結(jié)合時，所形成的硬質(zhì)合金牌號能顯著延長刀具壽命——這使其幾乎成為專為高速切削和硬質(zhì)材料銑削設(shè)計的整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的理想選擇。
因此，整體硬質(zhì)合金立銑刀已成為高效加工不可或缺的關(guān)鍵刀具，目前SCEM在銑刀市場中占據(jù)重要份額。據(jù)多方統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，整體硬質(zhì)合金立銑刀約占該市場份額的50%，且其市場占比仍呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢。
02順應(yīng)市場的發(fā)展趨勢
CNC加工技術(shù)的持續(xù)普及、高速銑削(HSM)工藝的興起，以及精密壓鑄/鍛壓/注塑成型帶來的加工余量減少——這些因素與硬質(zhì)合金材料及涂層技術(shù)的進(jìn)步共同決定了整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的發(fā)展趨勢，也對刀具制造商提出了新的技術(shù)要求。主要發(fā)展趨勢包括：
• 硬質(zhì)合金牌號方面，亞微米級碳化物的廣泛應(yīng)用及TiAlN、AlTiN、金剛石涂層等高耐磨涂層的普及已成為行業(yè)趨勢。
• 刀具結(jié)構(gòu)與切削幾何方面，日益復(fù)雜的"智能型"設(shè)計正成為主流，不等分角距、變螺旋角以及分屑切削刃等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。
• 在高效加工領(lǐng)域，針對高速銑削(HSM)和高進(jìn)給銑削(HFM)優(yōu)化的整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)受到特別重視。
• 就刀具精度而言，金屬加工行業(yè)對高精度、高平衡性刀具的需求與日俱增，以滿足嚴(yán)格加工公差要求，并確保在高速旋轉(zhuǎn)工況(尤其是精加工切削時)的穩(wěn)定運(yùn)行。
•定制化解決方案——為滿足特定應(yīng)用需求，刀具制造商正開發(fā)包含獨(dú)特硬質(zhì)合金牌號與切削幾何的特制產(chǎn)品。
• 多功能性——市場對復(fù)合功能整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)的需求日益增長，這類刀具集銑削、鉆孔、倒角等多種加工功能于一體。
• 數(shù)字化轉(zhuǎn)型——工業(yè)4.0對金屬加工的影響凸顯了數(shù)字刀具配套系統(tǒng)的重要性，包括可用的數(shù)字孿生體、3D模型與2D工程圖、便捷獲取的指定切削參數(shù)、工程計算以及刀具壽命預(yù)估等功能。
03 ISCAR的創(chuàng)新產(chǎn)品矩陣
在比較兩款尺寸相近的整體硬質(zhì)合金立銑刀時，肉眼往往難以察覺明顯差異，即便借助放大鏡或顯微鏡也未必能辨識。然而，這些刀具的實(shí)際加工性能指標(biāo)可能天差地別，差異立見分曉。下面讓我們通過ISCAR的最新產(chǎn)品研發(fā)成果，解讀其如何應(yīng)對這些技術(shù)挑戰(zhàn)。
只需快速瀏覽ISCAR整體硬質(zhì)合金立銑刀產(chǎn)品線，就能從應(yīng)用角度發(fā)現(xiàn)SCEM產(chǎn)品的一個顯著趨勢：過去強(qiáng)調(diào)通用型設(shè)計理念，使立銑刀能加工多種工程材料;而現(xiàn)在的新品研發(fā)則聚焦于為特定材料組別提供最優(yōu)銑削方案。
以Ti-TURBO立銑刀系列為例，該系列產(chǎn)品專為鈦合金加工而設(shè)計：具有精密設(shè)計的切削幾何形狀，具有四個切削刃，適用于各種機(jī)加工(圖2)，在銑削槽時深度可達(dá)兩倍刀具直徑;同時可提供七個和九個切削刃的SCEM，專為擺線銑削等高速加工工藝優(yōu)化。Ti-TURBO刀具采用變螺旋角與不等齒距設(shè)計，在高速切除率(MRR)條件下，顯著提升了鈦合金(包括"三5"難切削級Ti-5-5-5-3等材料)加工時的動態(tài)剛性及顫振抑制能力。該明星產(chǎn)品系列在ISCAR最新LOGIQUICK推廣活動中又新增多款型號。
針對鋁合金及有色金屬(ISO N類材料)加工，ISCAR最新推出采用IC1508牌號的三刃整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)。該刀具采用亞微米級硬質(zhì)合金基體配合類金剛石碳(DLC)涂層，專為高效切削而優(yōu)化。
多功能ECD-S2整體硬質(zhì)合金刀具集成了點(diǎn)鉆與倒角銑削功能。除了現(xiàn)有45°刃角刀具外，ISCAR新推出30°和60°刃角型號以滿足不同客戶需求。這款多功能刀具幾乎適用于所有機(jī)械加工車間(圖4)。
新產(chǎn)品還包括SOLID-FEED-MILL系列多刃整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)，專為高進(jìn)給銑削而設(shè)計。該刀具通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計最小化切削力的徑向分量，從而降低彎曲載荷，即便在長懸伸工況下也能實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給率加工。
近年來，ISCAR基于ISO 13399標(biāo)準(zhǔn)大幅擴(kuò)展了其數(shù)字化刀具組件功能。該組件包含多種選項：用于計算機(jī)建模、CNC編程與工藝規(guī)劃的3D/2D刀具模型;支持?jǐn)?shù)據(jù)交換的STEP(.p21)文件生成;增強(qiáng)的虛擬裝配與刀具搜索功能;以及針對特定應(yīng)用選擇最優(yōu)刀具方案的能力等。這些功能同樣全面適用于整體硬質(zhì)合金立銑刀產(chǎn)品。
在ISCAR電子目錄(e-catalog)中，包括整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)篩選在內(nèi)的刀具搜索功能已顯著擴(kuò)展。新增的客戶導(dǎo)向型搜索選項可根據(jù)以下關(guān)鍵參數(shù)選擇更合適的整體硬質(zhì)合金立銑刀：被加工材料類型、適配性、尺寸規(guī)格、切削材料牌號、以及刃數(shù)等特征參數(shù)——這些改進(jìn)使立銑刀選型更便捷高效。