高速銑削淬硬模具鋼的工藝性和經(jīng)濟性研究

1、高速銑削淬硬模具鋼的工藝性和經(jīng)濟性研究高速加工機床及其刀具技術(shù)的最新發(fā)展使得在模具和零件制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“以切代磨”成為可能，用超硬刀具高速切削淬硬模具鋼等難加工材料已得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于模具或零件的高速切削加工可免除磨削或拋光等后續(xù)工序，因此精加工時如何保證工件最終表面質(zhì)量同時將加工成本控制在可接受范圍之內(nèi)是研究人員關(guān)注的重要問題。本文在調(diào)查的基礎(chǔ)上分析了用于高速銑削淬硬模具鋼的整體硬質(zhì)合金涂層立銑刀的切削性能和經(jīng)濟性，并給出了部分

2、應(yīng)用實例。1.引言高速切削加工(highspeedcuttingHSC)是先進制造技術(shù)的一個重要組成部分，其主要優(yōu)點是可實現(xiàn)加工的高效率和高品質(zhì)。近年來高速切削加工技術(shù)在世界主要經(jīng)濟發(fā)達國家(如德、英、美、意、日等)發(fā)展迅猛，這些國家生產(chǎn)的高速切削加工機床及輔、配、軟、硬件幾乎每年都以一個新臺階的速度更新?lián)Q代，目前所能達到的性能指標已是令人瞠目。Micron、Jobs、Haas、Fpt、Dmg等世界著名機床公司近年來大力發(fā)展的快速更換主

3、軸頭技術(shù)使同一臺機床能適應(yīng)多種負載和速度要求(即所謂粗精加工同機“一次過”)，在工件的定位、安裝、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)可節(jié)約大量的非加工時間。機床主軸的高速旋轉(zhuǎn)以及進給速度、加速度的相應(yīng)提高，一方面可直接縮短加工時間，另一方面還因高速切削具有激振頻率特別高、工作平穩(wěn)、振動小的優(yōu)勢而有利于提高加工表面質(zhì)量，即高速切削加工可作為模具和結(jié)構(gòu)零件的最終加工，通過“以切代磨”或“以切代放電”來提高加工效率和加工質(zhì)量(即勿需進行費時低效的后續(xù)磨削工序、模具電

4、極電火花加工)；工件還可先淬火后切削，直接將硬度高達65HRC的材料高速切削加工至最終尺寸。高速切削加工的實現(xiàn)除需高速機床外還需配備適宜高速切削的刀具。根據(jù)2002年廣東省國際模具高速加工技術(shù)研討會上Micron、Jobs、肯納飛碩等公司的特邀報告，近年來德國SGS、日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具，還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬

5、刀具，尤其是涂層刀具異軍突起，在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。近年來我國(尤其華南地區(qū))制造業(yè)發(fā)展迅速，模具和汽車、摩托車制造業(yè)發(fā)達，擁有高速切削機床的企業(yè)不斷增多。然而，與高速切削機床和刀具技術(shù)的快速發(fā)展相比，這些企業(yè)在高速切削工藝、檢測及應(yīng)用軟件等方面的技術(shù)還比較落后，與硬件不能配套，致使不少廠家進口的先進設(shè)備根本沒有發(fā)揮其應(yīng)有作用。一方面，主軸轉(zhuǎn)速可達數(shù)萬轉(zhuǎn)的高速機床卻一直只在幾千轉(zhuǎn)水平運行，具有高速精加工的條件卻只用

6、于粗加工和半精加工，可切削高硬材料的機床和刀具卻只用來切削普通材料；另一方面，因工件材料與刀具、工藝配伍不當(dāng)造成加工成本高昂甚至質(zhì)量事故也時有發(fā)生。為了推廣高速切削加工技術(shù)的發(fā)展，幫助企業(yè)合理應(yīng)用高速切削加工設(shè)備與技術(shù)，很有必要對高速切削加工的工藝性與經(jīng)濟性問題進行深入探討。2.常用可淬硬模具鋼及高速切削用立銑刀表2推薦切削條件2刃球頭立銑刀：工件硬度＜45HRC時：R1R2R3：轉(zhuǎn)速(rmin)：350002500020000；進給量

7、(mmmin)：120018002200工件硬度45～55HRC時：R1R2R3：轉(zhuǎn)速(rmin)：250001700013000；進給量(mmmin)：80090010002刃直角平底立銑刀：工件硬度＜45HRC時：直徑0.5mm2mm6mm：轉(zhuǎn)速(rmin)：40000100003500；進給量(mmmin)：240400400工件硬度45～55HRC時：直徑0.5mm2mm6mm：轉(zhuǎn)速(rmin)：3000080002700；進給

8、量(mmmin)：1201201204刃直角平底立銑刀:工件硬度＜45HRC時：直徑1mm3mm6mm：轉(zhuǎn)速(rmin)：1200053003200；進給量(mmmin)：100200360工件硬度45～55HRC時：直徑1mm3mm6mm：轉(zhuǎn)速(rmin)：890032002000；進給量(mmmin)：45851504.淬硬鋼高速銑削的經(jīng)濟性目前不同廠商生產(chǎn)的(TiAl)N涂層硬質(zhì)合金立銑刀其切削性能有較大差異，市場價格也有很大不同

9、(與其它涂層刀具相比，其價格都比較貴)。直徑2mm以下的小直徑立銑刀售價為100～400元支，直徑4～φ8mm立銑刀售價約為200～700元支。通常隨著刀具直徑的增大，銑刀價格也升高(銑刀最大直徑可達20mm)。刀徑較大的(TiAl)N涂層硬質(zhì)合金立銑刀高速加工淬硬材料時其強度基本可滿足要求，但用小直徑刀具高速加工窄槽時銑刀則易斷易損。由于(TiAl)N涂層硬質(zhì)合金立銑刀磨損后一般不能進行重磨，因此刀具成本較高；在用于某些模具加工時，刀

10、具成本甚至占到模具總制造成本的12%左右。用高速銑削法加工模具可能帶來的優(yōu)點有：節(jié)省加工時間，減少加工工序，提高生產(chǎn)率，降低加工成本，改善加工質(zhì)量。據(jù)分析，用傳統(tǒng)方法加工型腔模具的成本分布大致為：粗加工占12%，半精加工和精加工各占25%，后續(xù)手工修磨占16%，調(diào)試占22%。而采用高速銑削法，可大大提高精加工效率，取消或者減少后續(xù)手工修磨工序；如果采用粗精加工同機“一次過”工藝，甚至粗加工和半精加工時間也可大大縮短(比電火花加工快得多)

11、。加工實例：①用Mikron(米克朗)公司HSM400加工中心采用“粗、精加工一次過工藝”加工修枝剪鍛模(HRC52)，總耗時194分鐘(型腔內(nèi)外粗銑66分鐘，球頭刀型腔內(nèi)外半精銑10分鐘，球頭和平底刀30000rmin高速精銑94分鐘，后續(xù)修整24分鐘)，最終加工表面粗糙度Ra0.5μm。②HSM400加工中心采用“粗、精加工一次過工藝”加工注塑模(HRC54)，總加工時間為468分鐘。粗加工采用4～6刃粗銑刀(直徑2～8mm)，轉(zhuǎn)速

12、20000～8000rmin，進給速度1500～2600mmmin；半精銑和精銑用2刃球頭刀(直徑0.8～1.5mm)，轉(zhuǎn)速36000rmin，進給速度1000～1600mmmin。③表3給出的是MMC(三菱)KOBELCO(神鋼)的小直徑超硬涂層立銑刀使用實例。表3MITSUBISHIMSTAR小直徑超硬涂層立銑刀使用實例刀具――工件――工藝特性――切削條件――加工效果2刃球頭刀(R1.5mm)――熱鍛模，材料SKD61(HRC47)

13、――切深0.05～0.1mm的半精加工、精加工――切速：94mmin，進給：0.1mmtooth，回轉(zhuǎn)速度：10000rmin，進給速度：2000mmmin，干切削――每把刀具的壽命從原先可切200m增至近600m4刃直角立銑刀(直徑6mm)――塑料模，S55C――模具型腔側(cè)面精加工，切深0.66mm――切速：50mmin，進給：0.04mmtooth，回轉(zhuǎn)速度：2650rmin，進給速度：212mmmin，干切削――加工50m后，后刀