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淬硬模具鋼的高效精密加工
來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2020-05-27 | 287 次瀏覽 | 分享到:
 大多數模具鋼在熱處理前被切割,主要用于型腔、凸模、凹槽等的平面銑削和垂直銑削。切割后進行淬火、回火等熱處理,此時硬度可達HRC 50 ~ 60甚至更高。 高硬度可以保證模具的耐磨性,延長其使用壽命。然而,零件在熱處理后容易變形,材料變硬,加工性能變差。
  大多數模具鋼在熱處理前被切割,主要用于型腔、凸模、凹槽等的平面銑削和垂直銑削。切割后進行淬火、回火等熱處理,此時硬度可達HRC 50 ~ 60甚至更高。  高硬度可以保證模具的耐磨性,延長其使用壽命。然而,零件在熱處理后容易變形,材料變硬,加工性能變差。為了滿足最終的精度要求,只能使用磨削甚至手動磨削進行精加工。這種加工方法效率低、周期長、交貨晚、成本高,難以滿足客戶需求。事實上,目前這樣的局面已經形成。哪家公司能高效加工模具,縮短交貨時間,降低相應成本,從而擴大市場,擴大銷售,贏得競爭。
  模具鋼
  為了滿足上述要求,人們改變了思維,他們是否也可以在材料熱處理和硬化后使用切削工具進行切削,特別是各種類型的型腔和型面是否也可以用端銑刀進行加工,以便它們不僅可以用于半精加工,還可以用于精加工,實現部分或全部“銑而不磨”單位時間的切削量遠大于砂輪,即其加工效率遠高于磨削,在設備投資、占地面積、環保、降低總成本等方面可帶來諸多經濟和社會效益。以下是整體端銑刀為滿足切削淬硬鋼的要求而進行的改進的描述。
  
  當談到車削而非磨削和銑削而非磨削加工硬化鋼時,立方氮化硼(CBN)刀具材料通常是首先想到的。立方氮化硼顆粒的硬度可達HV8000~9000,燒結PCBN的硬度可達HV3000~5000,耐熱性可達1400 ~ 1500℃  PCBN在800℃的硬度高于陶瓷和硬質合金在室溫下的硬度,因此硬質合金可以以3-5倍的切削速度切削,其化學穩定性好。在1200-1300℃時,PCBN不會與鐵基材料反應,僅在2000℃時才會與碳反應  立方氮化硼對各種材料的附著力和高溫擴散也比硬質合金小得多,因此特別適合加工鋼鐵材料。  立方氮化硼的導熱系數是硬質合金的20倍,僅次于金剛石,其導熱系數隨著溫度的升高而增加。  立方氮化硼與不同材料的摩擦系數僅為0.1 ~ 0.3,隨著切削速度的增加,摩擦系數會減小,而硬質合金的摩擦系數為0.4 ~ 0.6。
  
  三菱材料公司早先開發了一種由立方氮化硼材料制成的立銑刀。其CBN-2XLB R1X5球頭立銑刀(即球頭半徑為1毫米,頸部長度為5毫米)可以在轉速為20000轉/分鐘、進給速度為1700毫米/分鐘、切削深度為0.05毫米(反向進給速度)的條件下銑削SKD11模具鋼  切割800米后,側面磨損僅為0.03毫米  如果切削深度增加到0.1毫米(即在更高的切削載荷下),在切削400米后,側面的磨損高度僅為0.022毫米  由于其高球頭精度(r公差為5微米,外徑公差為0 ~ 10微米)和高加工精度,為了保持同樣的高精度,如果CBN高精度球頭立銑刀可用于加工表面,則需要7 ~ 8個同樣精度的硬質合金球頭立銑刀。
  
  在切削淬硬模具鋼時,如果選用CBN材料,雖然價格相對昂貴,但由于切削速度快,加工時間可以縮短,刀具壽命可以延長,產品質量可以提高,因此可能具有更好的經濟性。
  
  當然,如果我們只是選擇新的刀具材料而不是實際的加工條件,加工成本也會增加(立方氮化硼刀具的價格大約是硬質合金刀具的6 ~ 10倍)  此外,當使用新的切削刀具材料時,切削條件的不當選擇也會影響加工質量和刀具壽命。  因此,應對整個加工任務進行評估,并對生產批次、加工時間、機床和刀具性能進行綜合權衡。在保證加工質量的前提下,在切削速度較低的情況下,也可以選擇價格較低的涂層硬質合金刀具,也可以達到較好的加工效果。
  
  涂層技術與硬質合金材料的新發展
  
  淬硬鋼的硬度通常可以根據不同的應用要求達到HRC 45 ~ 68  為了平穩地切割工件,切割工具的硬度通常需要達到待切割工件硬度的3-5倍或更多。  涂層的硬度通常用維氏硬度來衡量。以三菱產品為例,鍍錫端銑刀的硬度為HV1900,MSTAR系列鍍(鋁、鈦)氮端銑刀的硬度為HV2800,鍍(鋁、鈦、硅)氮端銑刀的硬度為HV3200,而最近開發的鍍沖擊奇跡納米(鋁、鈦)氮端銑刀的硬度進一步提高到HV3700,可以說接近PCBN的硬度值  其氧化起始溫度和涂層結合力進一步提高,同時摩擦系數不斷降低。  如果只簡單地將HRC值與HV值進行比較,則HRC68大約相當于HV940。雖然硬度值的增加和比較不是線性的,但可以看出(鋁、鈦)氮涂層MSTAR立銑刀已經可以切削淬硬鋼,而沖擊奇跡涂層VF系列立銑刀具有較高的硬度和氧化起始溫度,可以獲得較好的加工效果。
  
  沖擊奇跡涂層VF系列立銑刀切削實例:
  
  (1)使用VF2SB R1球頭立銑刀加工高速鋼SKH51(M2)模具(硬度HRC65),切削參數為:轉速20000轉/分,進給速度6000毫米/分,0.15毫米/齒,反切削量0.07毫米,側切削量0.2毫米,空冷  切割長度達到30米后,刀具仍未損壞。
  
  (2)模具鋼SKDI(HRC 60)采用VFMD φ6直角立銑刀加工,切削參數如下:轉速8000轉/分,進給速度2160毫米/分(0.045毫米/齒),空冷  切割長度達到100米后,刀具仍未損壞。
  
  (3)用VF2SB R3球頭銑刀加工壓鑄模具進行熱加工(材質DH315,硬度HRC52),切削參數為:轉速16000轉/分,進給速度1600毫米/分,每齒進給速度0.05毫米/齒,反進給速度(切削深度)2毫米,側進給速度0.2毫米,平行銑削,空冷  雖然這種材料具有很強的韌性,但刀具在切削120米以上后才損壞。
  
  (4)用VF2SB R1球頭銑刀切削HRC68以上粉末冶金高速鋼模具。切削參數為:轉速8000轉/分,進給速度1260毫米/分,每齒進給速度0.08毫米/齒,反進給速度0.2毫米,側進給速度0.07毫米,空氣冷卻和向下銑削  切割長度可達50米以上,比普通立銑刀的壽命長幾倍。
  
  (5)用VF2SB10球頭銑刀加工模具鋼SKDI(HRC 60)。切削參數為:轉速1200轉/分,進給速度240毫米/分,每齒進給速度0.1毫米/齒,反進給速度高達8毫米,側進給速度0.5毫米,正向銑削,空氣冷卻  在如此大的切割深度下,它仍然可以切割30米,是舊產品的3倍。
  
  (6)使用長頸VF2XLB R1×20球頭銑刀加工模具的深槽。材料是SKDII(HRC60)。切削參數為:轉速10000 rpm,進給速度1000 mm /min,每齒進給量0.05mm/齒,空冷銑削  往復切割長度可達20米,是其他同類產品壽命的兩倍。
  
  (7)VFMD直角端銑刀用于同時加工硬度高達HRC60的淬硬鋼的側面和底面。切割穩定,可獲得良好的表面質量。芯片形狀和顏色正常。切割速度為151米/分鐘,每齒進給量為0.1毫米/齒。底部邊緣具有良好的抗缺陷性和外圍邊緣的耐磨性。
  
  (8) SKDII(60HRC)用圓弧端銑刀VFMDRB加工,切削速度50m/min,每齒進給0.05mm/齒,切削深度0.5mm,切削寬度8mm,向前銑削,空冷。  切割長度為8m后,刀具幾乎沒有損壞。
  
  立銑刀基體中的超細碳化物顆粒
  
  立銑刀的齒在加工過程中反復受到沖擊載荷,因此它們必須具有足夠的韌性。  切削硬化材料時,切削力較大,應提高韌性。  如今,涂層的硬度越來越高,涂層在切削淬硬鋼時保證了刀具的耐磨性,而基體材料更能保證切削加工性和韌性。  涂層硬質合金立銑刀的基體材料主要是高韌性、抗振性好的K型硬質合金(碳化鎢是主要成分)  為了提高韌性,應細化碳化鎢晶粒。涂層表面越硬,基體晶粒越細,硬化鋼的性能越高。  沖擊奇跡涂層基體材料的晶粒度可達1μm以下,從而同時提高了基體材料的耐磨性和韌性。
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