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简述淬硬模具钢高效精密立铣刀材料的开发创新

淬硬模具钢出厂状态、相关参数和注意事项
模具钢大部分是在热处理前进行切削加工,主要为平面铣削及型腔、凸模、沟槽等的立铣加工,切削加工后再进行淬火、回火等热处理,此时硬度可达到HRC50~60甚至更高。高硬度可保证模具的耐磨性,延长其使用寿命,但热处理后零件易变形,材料变硬,加工性能变差,为了达到终精度要求,只能采用磨削甚至手工研磨等方法进行精加工。这种加工方式效率低、周期长、交货迟、成本高,难以满足客户需求。当前,事实上已形成了这样一种局面,哪家公司能高效加工模具,缩短交货期,降低相应成本,就能扩大市场,扩大销售,在竞争中取胜。
 
为了满足以上要求,人们改变了思路,是否在材料热处理淬硬后也能用刀具进行切削加工,特别是各类型腔、型面等是否也能用立铣刀加工,使其不但用于半精加工,甚至用于精加工,实现部分或完全“以铣代磨”。刀具切削在单位时间对零件的切除体积量远远大于砂轮磨削,即其加工效率远远高于磨削,且在设备投资、占地面积、环境保护、降低总成本等多方面可带来诸多经济与社会效益。下面介绍整体立铣刀为适应切削淬硬钢的要求而做的改进。
 
刀具材料的开发与创新:CBN材料开始用于立铣刀
 
近年来,说起以车代磨、以铣代磨加工淬硬钢,通常首先想到运用立方氮化硼(CBN)刀具材料,CBN的微粒硬度达HV8000~9000,其烧结体PCBN的硬度可达HV3000~5000,耐热性达1400~1500℃。PCBN在800℃时硬度还高于陶瓷与硬质合金的常温硬度,故可以硬质合金 3~5倍的切削速度进行切削,且其化学稳定性好,在1200~1300℃高温下,也不会与铁系材料发生化学反应,与碳也是在2000℃时才会发生反应。 CBN对各种材料的粘结、高温时的扩散作用也比硬质合金小得多,因此特别适合加工钢铁材料。CBN的导热性为硬质合金的20倍,仅次于金钢石,且其导热性随着温度的提高而增强。CBN与不同材料的摩擦系数仅为0.1~0.3,且随着切削速度的提高,摩擦系数会下降,而硬质合金的摩擦系数为0.4~0.6。
 
三菱材料公司较早开发了CBN材料的立铣刀,其CBN-2XLB型R1x5球头立铣刀(即球头半径为1mm,颈长为5mm)可以 20000r/min的转速、1700mm/min的进给量、0.05mm的切深(背吃刀量)铣削60HRC的SKD11模具钢。切削了800米以后,后刀面仅磨损0.03mm。若将切深提高到0.1mm(即在较高切削负荷下),在切削了400米以后,后刀面磨损高度仅为0.022mm。由于其球头精度高(R公差为±5μm,外径公差0~10μm),加工精度很高,为保持同样的高精度,一把CBN高精度球头立铣刀所能加工的表面,若换用相同精度的硬质合金球头立铣刀,则需要7~8把。
 
在切削淬硬模具钢时,若选择CBN材料,虽然价格较贵,但因切削速度高,可以缩短加工时间,延长刀具寿命,提高产品质量,因此可能具有更好的经济性。
 
当然,如果脱离实际加工条件,一味选用新型刀具材料,也可能会增大加工成本(CBN刀具的价格约为硬质合金刀具的6~10倍)。另外,使用新型刀具材料时,若切削条件选择不当,也会影响加工质量与刀具寿命。因此,应对整个加工任务进行评估,综合权衡生产批量、加工时间、机床和刀具性能,在保证加工质量的前提下,在切削速度较低等条件下,也可以选用价格较低的涂层硬质合金刀具,同样可以实现较好的加工效果。