刀具修复面面观

【编者按】在哪些情况下，修复刀具比购买新刀更划算？未来的切削刀具会完全无需修复吗？应该修复旧刀具还是购买新刀具？这是任何圆形刀具——如钻头、立铣刀和铰刀——用户都应该考虑的问题。全球经济衰退带来的节约之风激发了对刀具修复日益浓厚的兴趣。在考虑这一问题时，存在着许多变量——可能比一些人想象的多得多。刀具的几何形状、用途、基体和涂层等都会对做出修复一把刀具的决定产生影响。其他因素还包括：工件的价值、刀具寿命、工艺的复杂性、加工场所和加工技术水平等。总之，虽然该领域的专家们希望确定一些总体指导方针，但对于这一问题却很少有什么硬性规定。

刀具越简单，对其进行修复的可能性就越大。山高刀具公司的技术设计主管Robert Goulding解释说，硬质合金钻头是最常见的可重磨刀具，其重磨也最容易。当这种钻头用钝后，可以对钻尖进行重磨，如果钻头出现了崩刃，或有较严重的损坏，修复时可以先切除损坏的钻尖部分，然后再对其进行重磨。只要钻头的倒锥部分没有过度磨损，通常就能通过简单的重磨将其修复。与其他刀具相比，重磨对钻头直径影响较小，从而使其很适合修复。每次修复对尺寸的控制都各不相同。一支普通钻头在报废前可能可以修复重用5～6次，而一支用于加工高精度孔的钻头可能只能修复重用3次。

除了钻头以外，立铣刀也是最适合修复重用的刀具。修复立铣刀的棘手问题是重磨会影响其直径。不过，可调节偏置量的现代数控机床使采用修复过的立铣刀成为可能，在刀具预调设备的帮助下，许多数控机床都可以自动设定偏置量。

较大型或较昂贵的刀具也是重磨修复的候选对象。主要生产整体硬质合金立铣刀、钻头、螺纹铣刀、立铣刀、开槽锯及其他各类铣刀的Niagara刀具公司技术主管Bill Sebring指出，通常，直径小于12.7 mm的整体硬质合金立铣刀没有太大重磨价值。他认为，最具修复价值的是圣诞树铣刀和粗加工立铣刀。圣诞树铣刀通常用于加工涡轮叶片，具有复杂和精密的几何形状。CNC磨削技术的进步使重磨这种复杂刀具变得越来越容易。Niagara刀具公司将整体硬质合金立铣刀的重磨称为“再制造”，其再制造刀具是在与生产新刀具同样的CNC工具磨床上磨削加工的。该公司还利用自己厂内的PVD涂层中心对修复刀具进行重涂。

Sebring指出，涂层还可以决定一把刀具是否值得修复——重磨CVD金刚石涂层或类金刚石涂层（DLC）刀具在经济上通常并不划算。对于钛基或铬基PVD涂层刀具，再制造不会成为问题，因为这种刀具的所有功能切削表面都可以直接重磨，而无需首先去除涂层。与许多刀具制造商一样，Niagara公司的标准做法是只重磨修复自己制造的刀具。

齿轮滚刀和其他齿轮刀具也属于价格昂贵的刀具，而且几乎都能重磨修复。Star SU公司产品经理Tom Ware指出，虽然也有一些硬质合金刀片式齿轮刀具（通常用于较大模数齿轮的粗加工），但大部分齿轮刀具都是可以重磨修复的整体高速钢或硬质合金刀具。根据加工条件的不同，齿轮刀具寿命差别很大，有些刀具只能加工5件工件即需重磨，而有些刀具则可以加工上万件工件。对于齿轮刀具，修复肯定物有所值：修复一把齿轮刀具的费用可能只是新刀价格的10%～15%。齿轮滚刀和其他齿轮刀具的两项重要技术进展——高速钢刀具的使用增多，超过了硬质合金刀具，以及采用更新的PVD涂层——使其寿命更长，并且更容易修复。尤其是AlCrN涂层（Oerlikon Balzers公司生产的这种涂层商品名为“Alcrona”）的使用越来越广泛，对日益增多的高温切削和刀具修复都非常有利。实际上，从刀具上去除AlCrN涂层要比去除AlTiN或TiAlN涂层更容易。用于去除AlCrN涂层的化学制剂不会对刀具基体材料（尤其是硬质合金）造成任何损害，而去除TiAl N涂层的化学制剂则会侵蚀硬质合金基体。

Ware认为，另一个重要趋势是齿轮刀具的修复被更多地外包。修复齿轮刀具对熟练工人、机床设备（尤其是涂层设备）和专门的编程技术有很高的综合要求，因此对于单个用户而言，在自己的车间修复齿轮刀具并无太大吸引力。由于综合了多种资源，一些企业（如Star SU公司）有能力利用数控机床——主要由为生产齿轮刀具而编制的CAM程序驱动——来高效修复齿轮刀具。完备的技术能力使其有可能自行对刀具涂层，并通过调整磨削程序，只磨除刀具被磨损的部分。作为所修复的大部分齿轮刀具的原制造商，它们知道如何保证刀具的重磨质量。Ware认为，随着越来越多的制造商放弃自行修复刀具而依靠外包，未来的趋势是缩短完成刀具修复的周转时间。随着竞争日趋激烈，周转时间通常为两周的行业标准可能会进一步缩短。

一些企业对刀具修复服务比其他企业更重视。例如，Unimerco公司就是作为一家刀具修复服务机构开始在北美创业的，后来才应客户要求开始生产新刀具。该公司专攻钻头、立铣刀、铰刀及其他整体圆形刀具（包括采用PCD刀片的圆刀具）。该公司的应用工程经理Jim Stead解释说，“我们除了为自己的客户提供定制设计的新刀具以外，还建立了一个支持刀具修复的系统。大多数刀具制造商主要致力于生产新刀具，如果要修复旧刀具，就需要占用其生产时间和设备。虽然现在我们也生产新刀具，但继续保留了完整的刀具修复专用加工单元。”与其他专业刀具修复企业一样，为了缩短周转时间，Unimerco公司也拥有自己的PVD涂层设备。

不仅仅是Unimerco刀具，还有许多其他刀具品牌也提供重磨服务。不过，Stead指出，一些新刀具制造商并不总是对重磨刀具有兴趣，或愿意开展此项业务。他表示，修复刀具的价格是新刀具的1/4～1/2。对于修复后的刀具，关键是要保证质量的一致性。他解释说，世界各地的每一家Unimerco工厂都使用相同的机床设备和修复工艺。所有刀具都按照确定其几何形状的修复技术规范进行重磨。Unimerco生产的每把刀具都有一个唯一的编号，通过该编号可以查到其技术规范——产品图纸、刀槽参数文件，以及PCD刀片的放电加工（EDM）轮廓。“我们对PCD刀具要求更严格，对每一把刀具——甚至包括其他制造商生产的PCD刀具——都赋予其唯一的代码。修复PCD刀具需要具备专门的知识与技能。有时，PCD刀具的损伤可能非常细微，需要在显微镜下才能看清。”

在有些情况下，对刀具进行修复可能得不偿失。EMUGE公司提供对自己生产的丝锥、立铣刀和螺纹铣刀的修复服务。该公司技术主管Alan Shepherd表示，虽然丝锥也可以重磨，但其几何形状比其他一些刀具（如钻头）复杂得多。新刀具与修复后的刀具不一致是造成问题的原因之一。由于重磨会在一定程度上改变丝锥尺寸，使修复后的丝锥与其他丝锥不一致，因此可能引起一些加工问题。例如，在一条汽车零部件生产线上，可能有115根机床主轴用于对发动机缸体进行攻丝加工。当更换刀具时，如果一些丝锥被修复再用，这些丝锥可能会比其他丝锥短一些，制造商就必须对这些主轴进行调整，以补偿其长度差异。这种调整要花费不少时间，其成本可能比干脆全部采用新丝锥更高，尤其当丝锥规格较小、价格较便宜时，更是如此。另一个例子是在成本昂贵的零件上攻丝。攻丝加工通常是在加工流程快结束时进行，这就意味着，此时被加工零件可能已价值不菲。例如，喷气发动机的外圈是一种相当昂贵的零件。这种锻件的材质为6Al4V钛合金，直径可能达1.5m，其上有70～80个孔需要进行攻丝加工。由于该零件成本昂贵，因此制造商不会冒险使用修复后的丝锥来加工。

不过，也有一些大型零件（如其上有直径大于25mm螺纹孔的油田防喷器）经常使用修复后的丝锥来加工。这在很大程度上取决于用户及其加工工艺。Shepherd解释说，“刀具修复的一个重要诀窍是：知道应在何时停止使用修复的刀具。每个人的情况都各不相同。有一个汽车零部件制造商每加工2,000～3,000个孔就将丝锥送来修复，他发现，采用这种方式，每把丝锥可以重复使用3次。但如果他把丝锥使用到完全损坏后再送来修复，这些丝锥可能只能再加工1,000个孔。”Niagara刀具公司的Sebring对此表示赞同，“有些用户使用刀具时，会在刀具发生突变失效或切削刃严重损坏之前就停止使用，并将其送去修复。”他建议，对于任何打算修复重用的刀具，都应该采用这种做法。如果在刀具出现崩刃或严重磨损之前就对其进行修复，在重磨时就只需去除较少的刀具材料。

现在，我们应该期望更多地修复刀具吗？山特维克可乐满的旋转刀具产品经理Jack Lynch 表示，“在某些情况下，许多可转位刀具正在逐步取代成形刀具。由于具有转位功能，这种刀具的初始购买价格理所当然也比较高，但用户不必再支付修复刀具的费用。”他指出，在条件许可的情况下，可更换刀头的立铣刀（如山特维克可乐满的CoroMill 316）可能会逐渐取代整体式圆形铣刀。

山高刀具公司向用户提供采用Crownloc可换式钻尖的钻头，从而消除了重磨钻头的必要性。该公司的Goulding表示，“虽然可换钻尖式钻头有很好的应用前景，但在加工对表面光洁度和尺寸精度要求很高的高质量孔时，仍然有理由选用整体硬质合金钻头。”山特维克可乐满的Lynch也认为，虽然可转位刀片式或可更换刀头式的刀具设计在不断增多，但整体硬质合金圆形刀具仍有其用武之地。对可转位刀具的另一个限制因素是夹紧刀片需要一定的空间。当刀具直径小于一定限度时，整体式刀具是唯一可行的解决方案。

Lynch指出，增加刀具修复成本的另一个关键因素是需要跟踪和运送修复流程中所需的额外刀具库存。这会增加管理刀具修复流程的复杂程度——在复杂的高科技生产环境中尤其如此。首先，有一个收集、包装、发送待修复刀具以及收回已修复刀具的物流过程。然后需要确定已修复刀具的差异度。此外，对它们进行适当的跟踪或分类也至关重要，这样才能将其正确地用于加工。Lynch解释说，“尤其是立铣刀，比如说，你将一把直径12.7mm的立铣刀送去修复，修复后送回来的刀具直径可能减小了0.51mm或0.76mm。为了保证加工质量，就必须对CNC数控机床的偏置量进行适当调整。”

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