淬硬模具鋼的高效精密立銑加工

模具鋼大部分是在熱處理前進行切削加工，主要為平面銑削及型腔、凸模、溝槽等的立銑加工，切削加工后再進行淬火、回火等熱處理，此時硬度可達到HRC50～60甚至更高。高硬度可保證模具的耐磨性，延長其使用壽命，但熱處理后零件易變形，材料變硬，加工性能變差，為了達到最終精度要求，只能采用磨削甚至手工研磨等方法進行精加工。這種加工方式效率低、周期長、交貨遲、成本高，難以滿足客戶需求。當前，事實上已形成了這樣一種局面，哪家公司能高效加工模具，縮短交貨期，降低相應成本，就能擴大市場，擴大銷售，在競爭中取勝。

為了滿足以上要求，人們改變了思路，是否在材料熱處理淬硬后也能用刀具進行切削加工，特別是各類型腔、型面等是否也能用立銑刀加工，使其不但用于半精加工，甚至用于精加工，實現部分或完全“以銑代磨”。刀具切削在單位時間對零件的切除體積量遠遠大于砂輪磨削，即其加工效率遠遠高于磨削，且在設備投資、占地面積、環境保護、降低總成本等多方面可帶來諸多經濟與社會效益。下面介紹整體立銑刀為適應切削淬硬鋼的要求而做的改進。

刀具材料的開發與創新：CBN材料開始用于立銑刀

近年來，說起以車代磨、以銑代磨加工淬硬鋼，通常首先想到運用立方氮化硼（CBN）刀具材料，CBN的微粒硬度達HV8000～9000，其燒結體PCBN的硬度可達HV3000～5000，耐熱性達1400～1500℃。PCBN在800℃時硬度還高于陶瓷與硬質合金的常溫硬度，故可以硬質合金3～5倍的切削速度進行切削，且其化學穩定性好，在1200～1300℃高溫下，也不會與鐵系材料發生化學反應，與碳也是在2000℃時才會發生反應。CBN對各種材料的粘結、高溫時的擴散作用也比硬質合金小得多，因此特別適合加工鋼鐵材料。CBN的導熱性為硬質合金的20倍，僅次于金鋼石，且其導熱性隨著溫度的提高而增強。CBN與不同材料的摩擦系數僅為0.1～0.3，且隨著切削速度的提高，摩擦系數會下降，而硬質合金的摩擦系數為0.4～0.6。

三菱材料公司較早開發了CBN材料的立銑刀，其CBN－2XLB型R1X5球頭立銑刀（即球頭半徑為1MM，頸長為5MM）可以20000R／MIN的轉速、1700MM／MIN的進給量、0.05MM的切深（背吃刀量）銑削60HRC的SKD11模具鋼。切削了800米以后，后刀面僅磨損0.03MM。若將切深提高到0.1MM（即在較高切削負荷下），在切削了400米以后，后刀面磨損高度僅為0.022MM。由于其球頭精度高（R公差為±5μM，外徑公差0～10μM），加工精度很高，為保持同樣的高精度，一把CBN高精度球頭立銑刀所能加工的表面，若換用相同精度的硬質合金球頭立銑刀，則需要7～8把。

在切削淬硬模具鋼時，若選擇CBN材料，雖然價格較貴，但因切削速度高，可以縮短加工時間，延長刀具壽命，提高產品質量，因此可能具有更好的經濟性。

當然，如果脫離實際加工條件，一味選用新型刀具材料，也可能會增大加工成本（CBN刀具的價格約為硬質合金刀具的6～10倍）。另外，使用新型刀具材料時，若切削條件選擇不當，也會影響加工質量與刀具壽命。因此，應對整個加工任務進行評估，綜合權衡生產批量、加工時間、機床和刀具性能，在保證加工質量的前提下，在切削速度較低等條件下，也可以選用價格較低的涂層硬質合金刀具，同樣可以實現較好的加工效果。

涂層技術與硬質合金材料的新發展

根據不同的使用要求，淬硬鋼的硬度通?？蛇_HRC45～68。為了順利切削加工工件，切削刀具的硬度通常需要達到被切削工件硬度的3～5倍以上為宜。涂層硬度常用維氏硬度（HV）測定，以三菱公司的產品為例，其TIN涂層立銑刀硬度為HV1900，采用（AL，TI）N涂層的MSTAR系立銑刀硬度為HV2800，采用（AL，TI，SI）N涂層的VC型立銑刀的硬度為HV3200，最近開發的IMPACTMIRACLE納米級（AL，TI）N涂層VF型立銑刀，其硬度進一步提高，達到HV3700，可以說接近了PCBN的硬度值。其氧化開始溫度與涂層結合力也進一步提高，摩擦系數則不斷下降。以HRC值單純與HV值相比的話，HRC68大約相當HV940，雖然各硬度值的提高與對比并非線性關系，但可看出，（AL，TI）N涂層MSTAR立銑刀已可以切削淬硬鋼，而硬度和氧化開始溫度更高的IMPACTMIRACLE涂層VF系列立銑刀可獲得更佳的加工效果。

Impact Miracle涂層VF系列立銑刀的切削實例：

（1）用VF2SB R1球頭立銑刀加工高速鋼SKH51（M2）模具（硬度HRC65），切削用量為：轉速20000轉/min，進給速度6000mm/min， 0.15mm/齒，背吃刀量0.07mm，側吃刀量0.2mm，風冷。切削長度達30m后，刀具仍未損傷。

（2）用VFMD φ6直角頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRC60），切削用量為：轉速8000轉/min，進給速度2160mm/min（0.045mm/齒），風冷。切削長度達100m后，刀具仍未損傷。

（3）用VF2SB R3球頭立銑刀加工熱加工用壓鑄模（材料為DH315，硬度HRC52），切削用量為：轉速16000轉/min，進給速度1600mm/min，每齒進給量0.05mm/齒，背吃刀量（切深）2mm，側吃刀量0.2mm，順銑，風冷。盡管該材料韌性很大，但在切削120多米后，刀具才出現損傷。

（4）用VF2SB R1球頭立銑刀切削HRC68以上的粉末冶金高速鋼模具，切削用量為：轉速8000轉/min，進給速度1260mm/min，每齒進給量0.08mm/齒，背吃刀量0.2mm，側吃刀時0.07mm，風冷，順銑。切削長度可達50米以上，比一般立銑刀壽命提高數倍。

（5）用VF2SB R10球頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRC60），切削用量為：轉速1200轉/min，進給速度240mm/min，每齒進給量0.1mm/齒，背吃刀量可高達8mm，側吃刀量0.5mm，順銑，風冷。在如此大切深條件下，仍可切削30米，為老產品的3倍。

（6）用長頸VF2XLB R1×20球頭立銑刀加工模具深型槽，材料為SKDII（HRC60），切削用量為：轉速10000轉/min，進給速度1000mm/min，每齒進給量0.05mm/齒，風冷，順銑。往復切削長度可達20米，比其它類似產品壽命提高一倍。

（7）用VFMD直角頭立銑刀同時加工硬度達HRC60的淬硬鋼側面與底面，切削穩定，可獲得良好的表面質量，切屑形態、色澤正常，切削速度為151m/min，每齒進給量0.1mm/齒，其底刃的耐缺損性、外周刃的耐磨性均良好。

（8）用圓弧頭立銑刀VFMDRB以切削速度50m/min、每齒進給量0.05mm/齒、切深0.5mm、切寬8mm加工SKDII（60HRC），順銑，風冷。切削長度8米后，刀具幾乎無損傷。

立銑刀基體硬質合金顆粒超微細化

立銑刀刀齒在加工時，反復承受沖擊載荷，因此必須具有足夠的韌性。在切削淬硬材料時，切削力大，更應提高韌性。如今，涂層的硬度越來越高，涂層保證了切削淬硬鋼時刀具的耐磨性，而可切削性、韌性更多則是依靠基體材料來保證。涂層硬質合金立銑刀的基體材料主要是韌性高、抗振性好的K類硬質合金（主要成分是WC）。為了提高韌性，要使WC結晶顆粒細化，涂層表面越硬，越應使其基體晶粒細化，加工淬硬鋼的性能也越高。Impact Miracle涂層基體材料的晶粒度可達1μm以下，使其耐磨性與韌性同時提高。