双股冷却润滑液切槽和切断更轻松

【编者按】瓦尔特公司主要有两大类产品，即: 一类是硬质合金可转位刀具，包括车、铣、钻、扩、镗各类刀具及刀具附具。另一类是瓦尔特五轴联动数控工具磨床和四轴测量机器。 到目前为止瓦尔特公司在CNC工具磨床这一领域内，占据了全球范围CNC工具磨床市场份额的43%，并已在全世界范围内成功销售超过了5000多台的CNC数控工具磨床及2000多台Helitronic Power CNC 五轴数控工具磨床。

为了优化加工，对所有影响因素可进行调整。其中，最关键的是正确选择切削刀具材料和切削刃形状。但是，人们往往容易忽视了冷却润滑液（CL）的输送方式。最常见的方法还是浸式冷却系统。使用这种方法，CL 喷射流射向成屑点，这类冷却方式对开式加工工序绰绰有余。但是，在切槽和切断过程中，当刀具深插入窄隙内时，冷却液在短时间内根本无法到达切削刃位置。在这种情况下，只有内冷才是一种切实可靠的解决方案。

瓦尔特公司切槽/ 螺纹车削产品经理Markus Stumm

但是，当今市面上采用内冷的切槽刀具寥寥无几。前不久，一些刀具制造厂才对他们的系统进行相应调整。“采用Walter Cut，结合最新发现，我们研制出了一套相对新颖的工具系统，”瓦尔特公司切槽/ 螺纹车削产品经理Markus Stumm 说道。“我们从一开始就保证我们的切槽刀具和切槽刀片的设计能适合内冷。因此，我们为市场研发趋势做好了充分准备。”

图1：样件，结论：精密内冷系统散热效果更好。

图2：磨损模式，用于普通外冷却系统与精密内冷相比较的1.4404 材质样件。

Walter Cut 的亮点是刀具采用两道内冷——前刀面冷却和后刀面冷却。切削过程中，两个冷却润滑液喷射流从切削刃附近的切槽刀具喷出，直接流到切削点。Markus Stumm强调：“冷却液出口按流体力学原理设计。”采用SX 切槽刀片及其深切深导板，能很好控制加工精度等要素。断屑槽优化，可保证冷却液喷射流畅通。前刀面冷却通道通过作为刀具柔性部分的顶部夹具，使与切屑刃的距离最短。引入“精密内冷”的概念较为贴切。

标准冷却压力即可

大多数切槽工具内冷系统为单股喷射流，只冷却前刀面。“但是，我们试用后表明，对于相对复杂的设计，在后刀面另加一股喷射流，冷却效果会好很多，” Markus Stumm 说。“因此，切屑刃的散热效果更好，从而磨损更小。当然这与材料和切削刃低积屑水平有关。即使采用10巴的标准冷却压力，与传统的浸式冷却系统相比，刀具寿命可延长三倍。”

图3a,b：切屑，内冷（左图）断屑效果比浸式冷却好很多。首道切削特别明显。

因此，生产效率更高。精密内冷对切屑成形也有影响。切削更短，加工稳定性更高。此外，采用两股冷却液，可形成一层均匀的润滑膜，降低切削与槽口之间的摩擦。因此，有了这两方面的保障，表面质量最好。对用户来说，最重要的是：使用标准机床的冷却润滑液系统，即可达到上述效果。

图4：精密内冷，瓦尔特决定在Walter Cut 切槽系统中使用精密内冷系统，其中两股冷却液精确对准前刀面和后刀面。

在加工不锈钢、钛合金或高温合金时，采用更高的冷却润滑液供应压力（80 巴以上），优势特别明显。“例如，采用ISOS 材料，通过高压冷却，切削速度可增加两倍，而刀具使用寿命不变，”瓦尔特产品经理说。“在加工对大多数机械师越来越重要的不锈钢或双相不锈钢时，以前需要大大降低切削参数。为了达到正常的刀具使用寿命，现在不再需要降低切削数据了。”

图5：SX 可转位刀片。

如果是热传导效果特别差的材料，通过“压力”和“体积流量”参数，能达到最佳加工效果。于是，专门的精密冷却为用户提供了更多机会，工作过程中，可优化刀具使用寿命和/ 或零件生产时间。

图6：带刀板的SX 可转位刀片。

值得一提的是，瓦尔特在ISO S/M 材料的高压加工过程中，对“冷却润滑液压力”和“体积流量”的影响做了深入研究。公司与亚琛理工大学（RWTH）WZL 机床实验室密切合作，对此开展了专题研究。最大收获是：采用专门的冷却润滑液，可降低压力和体积流量。首先，刀具使用寿命随压力的增加而延长。压力约150 巴时，刀具使用寿命最长。继续增加压力，使用寿命不会再延长。这是我们的重大发现，因为不必要的高参数值，可导致冷却润滑液系统运行比必要的附加成本高。Markus Stumm补充说：“在WZL 进行的试验确认了我们的发现：专门的精密内冷可明显提高生产效率和加工稳定性。”

图7： 带G2661 夹块的G2042 切断刀板。

瓦尔特推荐在使用精密内冷切槽刀具时，冷却润滑液循环系统安装细滤器。目前大多数机床已经配备了细滤器。“根据我们最近的所有研究成果，目前已经在使用内冷钻头的用户完全具备内冷切槽刀具的所有要求，”Markus Stumm 保证。

内冷优势凸显

蒙福特采用RNC 500 型车床进行的实验室试验表明：即使在10-15 巴的标准冷却液压力时，Walter Cut 刀具使用的双通道内冷系统，比传统浸式冷却系统具有明显的优势。在试用中，瓦特车床专家加工了1.4404 （D ＝ 60mm）材质样件。使用的刀具采用G2012 型整体式刀柄，配套的刀片为Tiger • tec®Silver 材质SX 可转位刀片，切削材料为WSM33S。其他参数：刀片宽度s=3mm、切深T=25mm、Vc=120m/min、f=0.2mm 和ts=7sec。

外冷系统的刀具使用寿命：切槽80 次。双通道精密内冷系统的刀具使用寿命：切槽230 次。此外，采用双通道精密内冷系统，不会发生切屑堵塞，加工稳定性更高，表面质量更好。特别是在刚切入槽时，铁屑初始卷曲很好，切屑控制效果能够得到明显改善。

在刀具使用寿命结束时，两块可转位刀片持续的热应力差很明显：与采用内冷的可转位刀片相比，没有采用内冷的可转位刀片后刀面发黑面积很大；

工具系统简介

Walter Cut 切槽系统基于两类可转位刀片：单刃正向锁定SX 切槽刀片和双刃GX 刀片。围绕这两类切槽刀片的不同切槽刀具的分组使得系统布置井井有条，用户友好。结合多种槽型，为切槽应用专门研制的Tiger • tec® Silver 刀具材料，性能十分卓越。SX 切槽刀片系列包括增强型切断刀板，可用于更深的切槽和切断，加工稳定性最佳。

另一大开拓创新：Walter Cut 刀具双通道内冷系统适用的最小刀片宽度为2 毫米。两股冷却液分别流到前刀面和后刀面上。这就是所谓的瓦尔特“精密内冷”概念。其中，冷却润滑液出口的位置尽量靠近切削刃，可保证最佳的冷却效果。SX 可转位刀片断屑槽的凹槽也可保证冷却液喷射流精确地对准成屑点。

图8：带VDI 刀板刀杆A2110的G2042 切断刀板。

采用内冷系统，可选用更高切削参数。因此，我们专门为这种应用设计了SX 刀片。此外，SX 刀片还通过正向锁定装置固定在刀具上。因此，即使使用更高的切削参数，它们也不会从刀片座上滑出。

通过图宾根刀具设计师的精心设计，Walter Cut 系统方案物超所值。我们为用户提供了大量的切槽刀具，例如左右手版本及反手版本（contra-version）的SX G2042 增强型切断刀板。我们可从型号中看出刀片的特点：SXG2042R/L-C-P， 中的 “-P”表示冷却润滑液出口直接设在切削刃后方的“精密内冷”系统。刀板可使用接柄长度为20 mm 和25 mm 的标准G2661 夹块夹紧，星盘转刀架（star and disc turrets）也可使用VDI 刀板接头A2110/A2111。在这两种情况下，冷却液直接通过接头供应。刀板的安装方式随带密封件的延伸孔不同而不同，因此切深也不同。接柄尺寸为16 mm×16 mm-25 mm×25 mm 的单体刀架采用G1/8 螺纹，可直接与冷却润滑液管连接。同理，他们的编号为GX G1011-P/SX G2012-P。

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