鉴于冶金、增材制造和可转位切削工具的最新进展，整体硬质合金在未来十年的命运将如何？
具有更多排屑槽（七个、九个或更多）的立铣刀越来越受欢迎，因为一种用于粗加工（使用摆线运动）和精加工操作的方法。 （由 Iscar USA 提供）阅读本文的退休机械师可能会想起他们工具箱背面尘土飞扬的 Carboloy 883 硬质合金手工打磨钻头。与这些曾经的辛辛那提米拉克龙和达文波特操作员切齿使用的高速钢刀具相比，碳化钨在当时的广泛采用意味着更快的进给和速度、更长的刀具寿命、更高的零件质量和更大的零件堆在每个班次结束时坐在长凳上.
时代变了，碳化物也变了，更恰当的说法是碳化钨或硬质合金。我们不会在这里探讨它的悠久历史，只是说这种最重要的切削工具材料的 100 岁生日快到了，和所有百岁老人一样，我们有必要评估一下是否是时候让这种机械车间的老手退场了.
未来 10 年
相反，许多刀具制造商表示；为本文采访的每一家供应商都完全同意，硬质合金在它面前有很长的生产寿命。
“整体硬质合金的使用正在增长，而且增长速度非常快，”首席技术官 Thomas Raun 说在德克萨斯州阿灵顿的 Iscar USA。 “诚然，可转位和可互换系统占据了很大一块蛋糕，但仍有大量应用无法替代整体硬质合金立铣刀或钻头。”
Walter Titex D170 是一款高性能、据制造商称，在钻削 ISO 材料组 P 和 K 时，冷却液供给钻头的刀具寿命比传统整体硬质合金刀具长 50%。（由 Walter USA 提供）基体和涂层技术不断进步，使更多威斯康星州沃科夏 Walter USA LLC 产品经理 Sarang Garud 表示：“这将显着提高机械加工行业的效率和盈利能力。话虽这么说，我们预计会看到更多的铝用于汽车和其他行业，因此多晶金刚石 (PCD) 也将增长相当多，尽管硬质合金仍将保持第一。”表示他的公司希望看到在在可预见的未来硬质合金市场。 “我将这在很大程度上归功于刀具制造商提高的设计能力，以及更先进的磨削设备。其结果是提供了广泛的产品选择，使该行业能够充分利用当今复杂的加工技术。”
这只是对整体硬质合金切削刀具及其带来的生产率提升的总体热情的一个示例到桌子上。尽管存在竞争，肯纳金属公司、英格索尔切削工具、Horn USA、森拉天时和 Scientific Cutting Tools 的专家都一致认为，硬质合金的使用将在未来十年及以后继续蓬勃发展。
老派还是好派 h3>
但正如 Walter 的 Garud 所暗示的那样，由 PCD 和立方氮化硼 (CBN) 制成的先进切削工具怎么样？不管发生了什么关于固体陶瓷立铣刀的所有喧嚣，有光泽的杂志照片显示火焰从铬镍铁合金工件似乎预示着硬质合金的厄运，至少在高温合金的铣削方面是这样？硬质合金肯定无法与这些超硬耐磨切削刀具材料竞争吗？
“在某些应用中，特别是粗加工，可以使用固体陶瓷代替固体硬质合金，”Danny Davis 说，总部位于匹兹堡的 Kennametal Inc. 的高级工程师。此外，陶瓷需要非常高的表面速度才能正确塑化材料并使工具发挥应有的作用。并非每个加工中心都具有必要的主轴转速，也不是刚度。随着我们和其他供应商推出更大直径的陶瓷立铣刀并开发能够应对不太严格的操作参数的陶瓷，该等式将会改变。尽管如此，它并不总是完美的解决方案。”
Ceratizit USA Inc.，Warren，Mich., 是另一家活跃于陶瓷铣削领域的刀具制造商。虽然 Ceratizit 集团研发主管 Uwe Schleinkofer 博士同意陶瓷的开发仍在进行中，但他认为它不会很快对整体硬质合金切削刀具构成挑战。 “陶瓷确实占有一席之地，而且通常是干燥条件和加速主轴转速下的最佳解决方案，但它在未来的使用将继续在这些利基应用中。”
至于 PCD 刀具，Todd White , Scientific Cutting Tools (SCT) Inc., Simi Valley, Calif. 的销售总监回应了这里其他人的说法：随着汽车制造商，尤其是航空航天工业将更多材料转向复合材料，切削工具制造商应该预计对 PCD 产品的需求也会增加作为带有特殊类金刚石涂层 (DLC) 的整体硬质合金工具来帮助切割它们。
在伊利诺伊州罗克福德的 Ingersoll Cutting Tools Inc. 从事产品管理和营销工作。 “正因为如此，PCD 和 DLC 刀具将继续在一些有色金属和复合材料应用中取代整体硬质合金立铣刀和钻头，特别是在大批量生产中。任何使用过它的人都知道，与整体硬质合金相比，PCD 允许显着提高切削速度，从而提高生产率。这对于现代 CNC 设备尤为重要，其中更快的主轴和前瞻性软件技术可实现更高的吞吐量。如果应用得当，PCD 刀具还可在这些材料中提供更长的刀具寿命，为熄灯制造提供许多机会。”
CoraMill Plura HFS 5xD (2P380) 用于在钛应用中加工高壁和薄壁。其专利ed“Form Control”设计据说可以减少弯曲，最大限度地提高稳定性，并赋予出色的表面质量。 （由山特维克可乐满提供）专注于材料
山特维克可乐满的刀具专家也这么认为。 Lind 说：“陶瓷和其他先进材料被设计成可以很好地工作的地方，它们通常都能很好地工作。” “通常，它们会与硬质合金刀具结合使用以进行粗加工。在这两种情况下，它都表明该行业越来越多地使用更多特定于材料和应用的切削工具。对于耐热高温合金 (HRSA) 材料组尤其如此，但在复合材料和大批量应用中尤其如此，在这些应用中，始终如一的刀具寿命和每个零件的成本至关重要。”
与他的同行一样，戴维斯Kennametal 的公司认为特定材料的切削工具很有意义。是的，通用或所谓的“GP”工具有其一席之地，特别是对于加工车间和其他加工e 多样化的材料和工件几何形状。然而，它是为特定应用量身定制的工具，通常能提供最大的投资回报。
“高性能工具意味着更少的工具更换、更长的工具寿命、更快的循环时间和更可预测的过程，”戴维斯说。 “当你把所有这些加起来时，这些工具中的一个略高的成本很容易证明是合理的。与许多人的想法相反，切削工具只占零件总制造成本的一小部分，如果不通过使用适当的工具尽可能地最大化 CNC 机床的性能，那将是一种耻辱。”
给定适当的操作参数，像这里显示的那样的整体陶瓷立铣刀是加工高温时硬质合金的绝佳替代品高温合金和一些铸铁。 （由 Kennametal 提供）发动机仍然很重要——目前
White、Lind 和 Davis 指出，对 PCD 和其他材料专用切削工具的大部分需求将来自汽车市场，其中电动随着世界远离内燃机 (ICE)，汽车 (EV) 产量将继续增加。位于田纳西州富兰克林的 Horn USA, Inc. 的全国销售经理 Duane Drape 看到了大致相同的趋势，尽管他缓和了自己的言论，称油电混合动力车可能会成为通向全面电动汽车的桥梁。
“电动汽车确实开始对汽车制造商使用的碳化物总量产生影响，”他说。 “然而，电动汽车仍然只占市场的一小部分，我认为我们可能还需要二十年的时间才能让他们占据有意义的份额。到那时，同时生产内燃机、混合动力车和电动汽车的需求可能会增加对各种切削工具。”
与大多数主要切削工具制造商一样，Ceratizit 提供范围广泛的整体硬质合金立铣刀和钻头。 （由 Ceratizit 提供）但是，当转变真正全面生效时，下降幅度可能会很大。 Drape 和其他人解释说，在典型的燃气发动机可能包含 120 到 140 个部件并需要 30 到 40 个独特的硬质合金工具进行加工的情况下，电动汽车可以将这两者减少 80% 或更多。虽然这是一个很大的数字，但“对硬质合金使用的最大影响将来自变速箱，”他说。 “随着汽车制造商向电动汽车过渡，这些部件可能不再需要更多部件。相比之下，发动机是小土豆。”
Ceratizit Group 的 Schleinkofer 支持这一观点，并引用了欧洲的研究，该研究比较了 nu从传统动力总成发动机到全电动发动机的组件数量，以确定机器材料的体积和数量。 “结果表明，与传统汽车相比，电动汽车的机加工量减少了 70%，”他说。 “这将对金属切削行业产生重大影响。”
然而，Walter Tools 表示，电动汽车中铝部件的比例更高，这也对铸铁这一汽车行业的长期宠儿造成了压力。具有讽刺意味的是，这一趋势将减少该行业对陶瓷，尤其是 CBN 刀具的消耗，后者可以承受铸铁和硬化钢的更高切削速度，因此近年来获得了市场份额。在这方面，硬质合金有望再次取得胜利。
“硬质合金具有其他刀具材料难以比拟的硬度和韧性的独特组合，”加鲁德说。 “当与我们目前拥有并将继续开发的先进涂层相结合时，它提供了无法比拟的非常大的应用范围。”
近净形冲击切割
除了改变汽车技术之外，还有其他因素在起作用。 Ingersoll Cutting Tools 的设计工程经理 Dennis Roepsch 指出了塑料注射成型、增材制造和熔模铸造技术的改进，并指出“一些工件部件不再需要机加工或具有最低的机加工要求。例如，铝制进气歧管经常被模制复合塑料所取代。此外，近净形工件减少了需要粗加工的材料量，进一步减少了硬质合金的使用。”这里的大多数专家都提到了增材制造领域的类似推论。在这里，3D 打印部件从树脂槽或构建室中出来时不太协调完成。必须对关键表面进行机加工、扩孔或钻孔，甚至将相对开放的公差特征纳入规范。由于这些零件的价值相对较高（其中一些零件需要数小时或数天才能打印出来），硬质合金切削工具很可能成为精加工它们的首选解决方案。
“此外，任何 3D 打印零件需要螺纹可能需要去加工中心或车床，”SCT 的怀特说。 “在我看来，实现这一目标的最具成本效益的方法是使用整体硬质合金螺纹铣刀，尤其是考虑到与 3D 打印相关的生产量较低。”
对于由这两种材料制成的零件来说都是如此金属和聚合物，但 Iscar 的 Raun 表示前者将对刀具制造商提出最大的挑战。 “金属粉末床和粘合剂喷射等添加剂技术提高了全新合金的潜力，这些合金是它们比现有金属更坚固、更耐磨。例如，我听说过与铝混合的钨，我想这很难加工。随着越来越多的这些混合材料上线，它将对切削工具公司征税，以提出能够高效加工这些材料的解决方案。”
也许 Horn 的 Drape 最能总结这种情况，表示“3D 打印最终会从机械车间和刀具制造商手中夺走一些业务，但在它能够提供更高的精度和表面质量之前，您仍然需要硬质合金工具来完成精加工。”
要点很明确：尽管 3D 打印最终可能会实现许多业内人士自 30 多年前问世以来一直担心的事情——即对传统制造的需求减少——但更有可能的是增材和减材 w我会互相补充。
诸如此类的整体硬质合金螺纹铣刀可提供多种工件材料和刀具尺寸。 （由 Scientific Cutting Tools 提供）打印一个切削工具？
根据 Walter Tools 的 Garud 所说，这两者可能在其他方面也需要彼此。与所有新技术一样，他认为从长远来看，很难看到 3D 打印对整体硬质合金刀具的可能性和影响。然而，增材制造已经具备了为航空航天和其他行业打印钛和铬镍铁合金部件的能力——而且速度比大多数人预期的要快得多。打印切削工具似乎是一种可能性。
“如果能够实现，3D 打印硬质合金将为工具设计开辟新的可能性，并使我们能够快速定制将它们用于特定应用，”他说。 “它肯定有可能改变整个行业的竞争环境，为那些能够有效利用它的人提供优势。”
Ceratizit 不同意，至少从生产的角度来看。 “请记住，我们和其他人在两秒钟内压制插入物，所以我看不出这对 3D 打印有何影响，”Schleinkofer 说。 “这个过程太昂贵了。另外，考虑到致密的硬质合金不能通过激光烧结生产。您只能打印绿色部件，因此始终需要在 3D 打印过程后前往熔炉进行烧结。然而，3D 打印确实在实现客户要求方面为我们提供了更大的灵活性，并开辟了新的设计可能性，我们可以利用这些可能性在最短的时间内为客户提供高度优化的个性化解决方案。它是小体积和高组件复杂性的理想解决方案。”
它是重要的是要认识到术语“整体硬质合金”适用于许多切削工具，如这款用于钻孔、镗孔、车削和端面加工的 Horn Supermini-HP 多功能工具所示。 （由 Horn 提供）Ingersoll 的 Woksa 画了一幅类似的图画。他指出，虽然 3D 打印硬质合金和可转位工具的技术正在开发中，但它几乎不可能与当前的硬质合金生产技术竞争。然而，硬质合金刀片产品的开发将受到影响，因为如果不需要模具组，可以更快、更经济地生产特殊和小批量的硬质合金刀具和刀片。他说：“此外，还有可能开发出独特的功能，例如具有精确定位的冷却剂通孔，否则这是不可能的。”
Sandvik Coromant 的反应与 Ingersoll 的反应非常相似。 “与其他刀具制造商一样，我们还处于开发阶段，尽管我们确实希望 3D 打印能够以一些独特且非常高效的方式为我们的产品做出贡献，”Lind 说。 “正如人们所期望的那样，这可能是从原型设计的角度来看的，但也存在复杂、先进的工程解决方案的潜力。正如我所说，游戏还处于早期阶段——但请继续关注。”
未来之路
保持关注对任何技术都是很好的建议，硬质合金刀具也不例外。 SCT 的 White 向我们保证，硬质合金基体和工具涂层将继续发展，以跟上材料进步的步伐。
Drape of Horn 说硬质合金和硬质合金切削工具总是越来越好，“但除非有一些新的矿物供应充足且相对容易获得，它将在婴儿时期一步而不是跨越式发展。”他建议这些改进将主要以比硬质合金更先进的刀刃预处理和涂层的形式出现，尽管这三者都是高性能切削工具的必要支柱。
PCD 刀具在切割铝和复合材料时具有更重要的存在。这种钎焊刀具是意大利刀具制造商 IT.TE.DI 的小直径选件。 （可通过 Ingersoll 获得），直径小至 12 毫米。 （由 Ingersoll 提供）Kennametal 的 Davis 完全同意并感谢计算机软件和机床技术在过去一两年的持续改进中取得的进步。考虑到这一点，他还认为硬质合金刀具行业将在不久的将来发生一些根本性的变化。 “我们所有人都我们将继续开发更好的刀具几何形状和涂层，但关键是将它们降低到微观层面，而不是宏观层面，”他说。
切削刀具制造商正在使用有限元分析 (FEA)了解切削过程中会产生多少热量和力，并在刀具制造之前很久就确定最佳螺旋角和切屑形成。机床也在改进，许多供应商使用的 CNC 磨床能够保持 1 μm 或更高的精度。两者都可以生产不久前还无法制造的切削工具。 Davis 说：“自从我在近四十年前加入 Kennametal 以来，这项技术取得了突飞猛进的进步。”
Iscar 的 Raun 在切削刀具行业也有着同样悠久的历史。 “与我刚入行时的硬质合金棒相比，硬度和密度都上升了一个非常高的水平，”他说。 “正因为如此，它可以w它比以前更好地承受磨损和切削力。将其与当今的先进涂层以及其他人提到的现在可用的几何形状和边缘处理相结合，您将拥有比以前更强大的切削工具。我觉得这些进步只会随着它们背后的技术的改进而继续下去。”
