CIMT2021展品述评：部分可换头刀具展品

CIMT2021展会上，境内外很多刀具厂商都在提供可换头的刀具。如图1所示是伊斯卡展出的目前已知最小的可换头钻头，其直径仅为4mm。而在上一届的CIMT2019展会上，这一钻头的最小直径还是5mm，这类可换头刀具是整个头部一起更换。

图1 小直径可换钻头

伊斯卡还展出了一种用于高效铣削接近垂直曲面（如叶片）的可换头锥鼓形球头铣刀，瓦尔特也展出有类似产品（见图2）。同时，瓦尔特还展示了一款用于可转位的刀头带减振结构的可换头铣刀刀杆，如图3所示。

图2  可换式锥鼓形球头铣刀（左-伊斯卡；右：瓦尔特）

图3  带减振结构的可换头铣刀刀杆

境内不少厂商也推出了各种可换头刀具，图4是株洲钻石推出的可换式钻头。

图4  株钻可换式钻头

宁波荣科迈特也展出了可换头的钻头（见图5），其钻头和钻杆的结合方式类似于住友SMD钻头，而钻尖则较类似于赫尔特（Helter，已被肯纳金属并购）创制的SE钻尖。

图5  荣科迈特可换式钻头

锋宜公司展出了QDRILL涂层硬质合金自锁式可换头快钻（见图6），分为两个系列：一是MonoTip系列，加工孔径范围Φ8mm-Φ28mm，采用单个刀头的设计。另一种是MultiTip系列，加工孔径范围Φ28mm-Φ55mm，采用一个中心刀头配合两片外圆刀片的设计，切削效率高，带内冷，更换刀头方式快捷方便。2020年，锋宜刀具在已有QDRILL系列产品基础上研发并生产出FD系列自锁式涂层硬质合金模块化快钻，可用于管板、不锈钢等特殊领域的加工。

图6 锋宜QDRILL可换头快钻

劲锋公司展出了螺纹柄合金铣刀头（见图7），U型槽设计，底齿不过中心，最大限度增加了容屑空间，避免加工中出现崩齿现象。产品具有很强的通用性，可加工模具钢、不锈钢、钛合金、高温合金等多种材料。刃数可达6-8刃，切削效率高。采用高品质合金抗振刀杆，具有优良的耐磨性能及抗弯强度，可接受各种非标尺寸的刀头和刀杆定制。

图7 劲锋螺纹柄合金铣刀头

近年来，可换头刀具（这里主要指旋转类刀具的可换头）开始逐渐流行起来，境内外刀具公司都有推出。大体说来，从用途上，大量的可换头刀具是铣刀和钻头，而其中各有一些分类。下面就可换头刀具结构做进一步分析：

总体而言，可换头刀具与可转位刀具具有类似的特点，如在刀具磨损后更换同规格刀头后一般无需重复对刀，减少辅助时间；可更换的刀头成为独立的切削模块，可以方便地更换不同基体材料、几何参数及涂层来获得更理想的切削效果。又有不同于可转位刀具的特点：可以更换不同功能的切削模块（刀头）来改变切削功能，例如立铣刀变换为大进给铣刀或球头铣刀或如图2所示的锥鼓形球头铣刀等；还可以通过更换刀杆来改变刀具悬伸、增加刀杆刚性或柔性、增加刀杆减振能力（如图3）等。这类可换头刀具大多通过快速的重新组合来达到改变切削功能或提高切削效率的效果，大多适用于单件小批量的生产模式。

1. 可换头铣刀

（1）安装可转位刀片的可换头铣刀

安装可转位刀片的可换头铣刀出现得比较早，这次参展的瓦尔特刀具是较早推出这类刀具的国外厂商，瓦尔特把这种结构称为ScrewFit。图8是ScrewFit系统，其优点是刀头、刀杆技术的发展都会带动这类可换头技术的扩展，而图3所示的产品即是用ScrewFit连接的可换头铣刀，图9则是瓦尔特新开发的M5130铣刀，同样配备了ScrewFit结构。

图8  ScrewFit系统         

（2）安装整体硬质合金刀头的可换头铣刀

另一类广泛应用的可换头铣刀的刀头是整体硬质合金的。一般来说，其直径比可转位刀片更小，刀具齿数更多。

在CIMT2021展会，瓦尔特依然展出了这一结构的刀具，被称为ConeFit。其结构原理如图10所示，圆锥和螺纹大径能起很好的定位作用，并形成多接触面的刚性连接。

图10  瓦尔特ConeFit可换头铣刀的结构

图11是伊斯卡的Multi-Master可换头结构，其刀头连接部分有一个短的圆锥（图上红色部分），而刀柄相应的孔也是圆锥孔。两者连接时刀杆产生微量变形以增加连接刚性，并确保端面同时接触形成刚性连接。

图11伊斯卡Multi-Master可换头铣刀的结构

翰默公司展出了与肯纳金属联合开发的Duo-Lock结构（见图12）。该结构在螺纹之后的圆柱形成第三个接触面（与瓦尔特的ConeFit异曲同工），增加了刀头和刀杆连接副的连接刚性。

图12  翰默展出的Duo-Lock可换头结构

与可转位刀片的可换头铣刀类似，安装整体硬质合金刀头的可换头铣刀，其优点是可以通过更换刀头和刀杆，满足更多加工要求。图2中的两种锥鼓形球头铣刀正是如此。图13是伊斯卡各类可换头刀具的结构示意图，其中，钻头为可换头钻头，一部分铣刀是安装有可转位刀片的可换头铣刀，而另一部分则是安装整体硬质合金刀头的可换头铣刀。

图13  伊斯卡的可换头铣刀加工案例

2. 可换头钻头

（1）刀片式可换头钻头

可换头钻头的第一类形式是在钻头的头部开槽，在中间嵌入整个刀片作为切削部分。这种类型的优点是结构简单，装卸刀片更容易。图14是万基万（YG1）展出的可换头钻头i-one，只需一个普通的花型内六角（Torx）扳手就能装卸刀头。据了解，万基万的i-one钻头已推出3D/5D/8D三个长度系列。

图14  YG1的可换头钻头i-one、

京瓷的刀片式可换头钻头（魔术钻DRA）采用了与i-one类似的换头结构，如图15a所示。不过，为了改善5倍径钻孔时的排屑性能，DRA增加了排屑辅助槽，如图15b所示。

15a  换头结构

15b  排屑辅助槽

图15 京瓷的刀片式可换头钻头（魔术钻DRA）

图16为泰珂洛DrillForce-Meister，是一款极具创新的刀片夹紧和更换方式。泰珂洛的DrillForce-Meister在更换刀片时操作非常简单，只需松开螺钉旋转3-5次，不需要完全取出刀片螺钉就可以进行刀片的更换（见图17）。

图16 泰珂洛刀片式可换头钻头DrillForce-Meister

图17  泰珂洛DrillForce-Meister更换刀片

（2）整头式可换头钻头

图18是特固克整头式可换头钻头DRILLRUSH。在特固克DRILLRUSH钻头的头部后方有一个凸起的“筋条”，这个凸起的筋条作用是保证钻头从所钻的孔中退出时，钻头头部不从钻杆上脱落。

图18 特固克整头式的可换头钻头DRILLRUSH

泰珂洛的DrillMeister钻头（见图19）与特固克的DRILLRUSH连接结构非常相似。图20为泰珂洛DrillMeister钻头的头部连接方式，显示了其受力和定位结构。展会上推出了12×D可换头钻头。

图19  泰珂洛整头式可换头钻头DrillMeister

图20  泰珂洛DrillMeister的连接结构

采用类似连接结构的还有与两者同属IMC集团的伊斯卡束魔变色龙钻SUMOCHAM钻（见图21）。伊斯卡这款钻头的最小直径仅为4mm，长径比包含1.5×D、3×D、5×D、8×D和12×D等多个系列。伊斯卡6mm的整头式可换头钻头长径比最大可达20×D。

图21  伊斯卡SUMOCHAM钻

图22是京瓷展出的整头式可换头钻头（魔术钻RDC），其换头结构与肯纳金属的KenTip较类似。

图22 京瓷整头式可换头钻头（魔术钻RDC） 

同属IMC集团的特固克和伊斯卡还展出了3刃整头式可换头钻头。3刃钻通常比2刃钻头具有更高的加工效率。特固克的3刃整头式可换头的钻头DrillsFeed3ED如图23所示，伊斯卡3刃整头式可换头钻头LOGIQ3CHAM如图24所示。

图23 特固克3刃整头式可换头钻头DrillsFeed3ED

图24  伊斯卡3刃整头式可换头钻头LOGIQ3CHAM

据介绍，在钻削加工中，尤其是钻深孔时，有效排屑非常重要。仅通过刀头形状的先进设计以优化切屑成型远远不够，排屑槽还需确保切屑流能顺畅排出。一般来讲，三个排屑槽的排布会削弱钻杆强度，在相同直径下，相比于带2个排屑槽的钻头，其钻杆刚性更弱。这表现在随着钻削深度的增加，有可能发生沿轴线方向的振动，从而缩短刀具寿命，给孔加工精度及加工表面质量带来不利影响。因此，3槽钻头最大钻削深度常受限于5倍径。而LOGIQ3CHAM钻杆设计有不等螺旋角的螺旋槽，提高了钻头的动态性能，其结果是扩展了3槽钻削深度的边界，使其最大钻削深度可达8倍径。

（中国机床工具工业协会cmtba）

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