紧跟制造业变化 PrimeTurning™加工方法助力制造商们保持竞争领先

电动化的发展势头之猛、范围之广超出了任何人的意料，无论对于汽车领域还是其他类型的电动车辆 (EV)。全球EV市场的竞争比前几十年的汽车市场都更加激烈，因为越来越多大大小小的制造商纷纷进入该领域，希望争得一席之地。制造商们该如何保持竞争领先同时又战胜难加工材料 (例如高强度钢) 所带来的更多挑战呢？在本文中，世界领先的金属切削刀具制造商山特维克可乐满产品经理Staffan Lundström阐释了为何说一种全新的全向加工方法及其新一代CoroTurn® Prime B型刀片是解决问题的答案所在。

从1930年代中期开始，美国汽车市场一直由“三大”制造商主导，分别是：通用汽车 (General Motors)、福特 (Ford) 以及戴姆勒-克莱斯勒 (Daimler Chrysler)。这种三足鼎立的状态一直持续了70多年。但是现在，汽车制造业的竞争图景正在改变 — 无论在美国还是当前EV领域的世界领先市场：先是亚太地区，继而是欧洲。

图片一：电动车辆 (EV) 市场比以往更加多样化，诸如保时捷这样的大型知名企业与小型制造商同场竞技。

正如Matthias Holweg在《汽车业竞争演变史》 (The Evolution of Competition in the Automotive Industry) 一书中的Build To Order: The Road to the 5-Day Car一章所言：“竞争优势已经从福特的原始设备批量生产之鼎盛时期的成本领先转为丰富性和选择的多样化，然后是通过卓越设计、技术或制造方法的领先实现多元化。”

这同样适用于EV市场。如今的EV市场比曾经的汽车市场更加多元化，竞争更激烈 — 诸如保时捷 (Porsche) 这样的知名大型企业与极星 (Polestar) 这样的全球扩张小型制造商同场竞技。根据Statista的报告，全球企业都需要追赶中国 — 因为一个事实是：2021年，每十辆畅销插电式汽车中就有六辆出自中国品牌。

对于原始设备制造商 (OEM) 而言，竞争激烈的市场正在改变零件加工的要求。EV的零件更少、更小、更轻，且必须能够抵御电动引擎的更大力矩。此外，EV的零件还必须支持更大的能效和更大的功率密度。这当然就给零件施加了更高的要求，因此促成了材料技术的变革。

根据山特维克可乐满专家的预测，这一变革将包括高强度钢的使用量持续增加 — 预计高强度钢在汽车制造业所用所有材料中的占比将从2010年的大约15%提高到2030年的38%。这些新材料，包括洁净钢和超洁净钢，由合金元素制成，能够抵御前文提到的各种挑战 (例如来自电动引擎的更大力矩) — 因为它们的冶金杂质减少了。

但是这与切削加工性有何关联呢？通过洁净钢和超洁净钢，我们看到了材料塑性强度的提高，因为钢中杂质的减少直接导致了铁屑断屑和控屑相关的加工挑战。这些材料具备更高的屈服强度，这就要求加工期间提供更大的切削力，同时也加剧了刀具的磨损。虽然高强度、洁净和超洁净钢的加工难度增大，但是随着生产线数字化与计算机辅助制造 (CAM) 越来越多的融合，制造品质与效率的标准也被抬高了。

这些都是汽车制造商面临的加工挑战；如果不升级生产工艺，或者仍然固守传统，就有落后的风险。那么，制造商们如何能够保持领先地位呢？答案是：更优质的加工刀具以及能够提升效率、缩短生产周期、节约成本、实现更优质量的全新加工方法 (包括高难度钢件加工)。

更出色的切屑控制

众所周知，有效的切屑控制有助于提高生产率和加工过程的可靠性，同时也有利于被加工表面的最终品质。让我们来更详细了解切屑控制，看看它如何影响加工效率和刀具本身的磨损。

如果刀片以近90°角度进行工件加工，则切屑的厚度等同于进给率 (fn) — 所以，如果fn为每转1毫米 (mm/rev)，则切屑厚度为1毫米。如果减小主偏角，则角度越小，切削越薄。因此我们可以增大fn。所以，举个例子，如果将主偏角从90°缩小为25°，同时把fn从0.25提高到0.6 mm/rev，则切屑厚度保持不变。其结果是加工效率提高，切屑控制水准不变。

为了对此提供支持，山特维克可乐满推出一套PrimeTurning™方法，其中包括以小的主偏角进行加工，以此实现超高生产率和更长刀具寿命。该方法使客户能够在所有方向进行车削加工，从而实现传统车削所无法达到的超高效率和生产率。PrimeTurning™能够为客户实现更高的生产率和更长的刀具寿命。

图片三：山特维克可乐满创造了PrimeTurning™方法，包括以小的主偏角进行加工，从而实现更高生产率和更长刀具寿命。

但是若要实现这些优势，加工过程需要具体的刀具作业方案。常规刀具无法实现同样水准的切屑控制和恰当的后角，所以在实践中无法使用。因此，山特维克可乐满研制出CoroTurn® PrimeTurning™刀具，其应用的最新技术是第二代CoroTurn® Prime B型刀片。这一全新刀具采用双面负前角刀片，具备四条切削刃，专为实现更高经济性的加工而设计，此外还采用了全新设计的刀片座和最新的槽型。凭借这些特征，该刀具能够进行更深度的切削 (mm)，实现更高的切削速度 (mm/rev) 和fn速度，此外在加工高强度钢和其他难加工钢时的切屑控制水平也提升了。

图片二：第二代CoroTurn® Prime B型刀片配有四条切削刃，能够实现更高经济性的加工。

这提高了生产率，那么刀具磨损呢？我们由此想到了刀片本身的设计。如果是常规刀片以更小的主偏角进行加工，就会把大部分热量和负荷施加给刀片的刀尖，而这里恰巧是刀片最弱的部位 — 硬质合金的使用量最少，不足以吸收负荷。与之相反，每一把新一代CoroTurn® Prime B型刀片都配备四条切削刃，而非两条，刀尖也更坚固。得益于切削刃的增多，每一把刀片都能进行更多加工，但热量和负荷被分散到了切削刃的更大区域。

此外，第二代CoroTurn® Prime B型刀片也为了战胜以更大轴向切削深度 (ap) 和fn使用刀片时通常会遭遇的各种问题。包括超负荷风险，以及更小ap和fn时的长切屑风险。因此工序能够以更高fn运行，实现更出色的切屑控制、稳定性和加工安全性，进而延长刀具寿命。对于制造商，若要满足这些更高的质量和效率标准，可以在加工阶段进行改进。

CoroPlus® Tool Path数字化软件进一步增强了PrimeTurning™方法的优势。该软件是一种专用的在线刀具路径生成器，提供编程数控 (NC) 代码和技术，从而为具体的加工应用创建恰当的参数和变量。把这个精确的切削参数和CoroTurn® Prime切削刀具结合使用，山特维克可乐满的客户已经实现了更小的主偏角、切削刃的高效使用且消除了切屑堵塞。

图片四：在线数字化软件工具CoroPlus® Tool Path提供编程数控 (NC) 代码和其他参数，实现优化加工。

PrimeTurning™还包括CAM软件和编程支持。因此，山特维克可乐满与Mastercam、TopSolid、Siemens NX、CAMWorks以及GibbsCAM强强联合，以此确保PrimeTurningTM和CoroPlus® Tool Path被包括在最大的CAM软件包中。不使用CAM软件的机加工车间可使用前文提到的CoroPlus® Tool Path数字化软件以生成NC代码。

更高的生产率

案例：山特维克可乐满在汽车业的一个客户希望以EMAG VSC 250车床对DIN 48CrMoV6-7钢件进行粗加工。该客户希望其批量生产能够实现更高的生产率和更长的刀具寿命，但是也明白仅仅调节刀具参数是不够的。因此，尽管该应用主要是粗加工，但仍然需要以PrimeTurning™方法进行断续外圆车削和端面加工。

对此，山特维克可乐满推荐使用第二代CoroTurn® Prime B型刀片，并通过测试将其与客户已有的刀片进行了对比，以此评估之前所用刀具的性能优势。每一把刀具均以同样的180 m/min的切削速度 (vc) 和1.5~1.8 mm的轴向切削深度 (ap) 运行。不同的是，CoroTurn® Prime B-type gen 2采用高出两倍多的fn：0.65 mm/rev，而竞争对手的刀片仅为0.3 mm/rev。

虽然双方刀片的寿命大致相同 (竞争对手刀片的寿命为9.58分钟，新一代CoroTurn® Prime B型刀片的寿命为10分钟)，但是生产率却大为不同。竞争对手的刀具加工量仅为25个工件 (pcs)，平均每个零件切削用时23秒。而山特维克可乐满的刀具仅用12秒就可加工出50个零件 — 用时是竞争对手刀具的大概一半，而产量却是对方的两倍多。此外第二代CoroTurn® Prime B型刀片的切削刃磨损情况更可预测，切屑控制水平更高。

山特维克可乐满预测其第二代CoroTurn® Prime B型刀片将为汽车业的其他客户实现相似的益处 — 包括EV制造商。通过PrimeTurning™方法使用这些刀片，制造商们能够节省难加工材料的加工用时，此外还可延长刀具寿命。通过落实这些加工刀具和方法，汽车制造商们将能够 — 用Holweg的话说 — 通过领先的设计、技术和卓越制造方法实现多样化。

若要更详细了解如何以更高生产率和金属去除率进行粗加工，欢迎访问山特维克可乐满的官方网站。