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刀具和模具的硬铣削加工 |
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通常，人们称加工硬度超过56HRC，或者强度Rm>2000牛顿/平方毫米的钢铁材料为硬切削加工。多数情况下，制模或者锻模在预加工之后，要经过渗碳或者淬火。在预加工后，必须预留一定的精加工余量。尤其是加工带有球面或环面形状的工件时，硬铣削更显重要。硬铣削可切削硬度至70HRC的材料，所要求的表面粗糙度通常只有借助于手工抛光才能达到。这是一道很昂贵的加工工序。为了缩短手工抛光所需的时间，必须在铣削时利用具有确定几何形状的刀刃。如在HSC加工中，使表面接近于抛光表面的粗糙度：最大为Rz1的表面质量。
图1市场上通用的硬金属铣刀不适合在这个范围内切削。解决硬材料的铣削问题，必须满足一些先决条件。例如，一个解决方案是，使用由特种硬质合金基体材料制成的、具有独特的几何形状和相应的涂层的Horn DS铣刀(图1)。这意味着刀具必须具备以下三个重要要素。在刀具的制造过程中，必须特别注意这些要素之间的平衡。 硬质合金硬质合金材料主要是由碳化钨和钴通过粉末冶金制成。其基体的耐磨强度随硬度增加而提高。铣削表面硬度超过56HRC的工件时，只能使用钴含量<10%和颗粒直径小于0.7µm的硬质合金制成的刀具(图2)。 常规的ISO K-M或P类硬质合金刀具不适用于切削更高强度的材料。具有最细的和超微粉粒度的硬质合金，因其硬度、极限强度和韧性高，明显比常规的硬质合金更加适用。
图2 
图3几何形状在已使用的硬质合金铣刀中，只有极少数可用于硬铣削加工。从机械加工角度来看，铣刀的诸多因素对硬铣削起着决定性的作用。属于铣刀几何形状的因素有：在微米范围内加工的准确度和精密度，Horn DS铣刀刀杆必须达到h5的质量等级。尤其是在刀具切削刃的圆弧部分和副切削刃的之间的过度处要平滑、无转折点出现，以达到最大的切削稳定性(图3)。 切削硬工件材料与切削加工传统的软材料大不相同，因此对硬铣削加工刀具必须设计合适的前角、后角和楔角。 硬切削加工所用的DS型球面、环面和微型铣刀，只能设计成双刃结构型式。球面铣刀的两个主切削刃必须光滑而无过渡段。依据工件材料和硬度，硬切削铣刀横向进给量最大为ap=0.2mm。在此时，四刃铣刀只有两个刃在进行切削加工。 涂层约3mm厚的硬涂层可防止硬质合金的直接磨损。事实证明，TiAlN涂层在最高温度为800℃~1000℃时应用效果良好。与未涂层的硬质合金刀具相比，增加硬涂层可提高刀具的表面硬度，并可明显地降低摩擦系数。涂层的重要性在三种要素——硬质合金、几何形状和涂层中与其它要素同等重要。因为它与被切削的工件材料直接接触，因此必须满足其特殊要求。 刀柄为了达到最佳的使用效果，如为使Horn DS铣刀获得满意的加工效果，必需选用合适的刀柄。每1mm的径向跳动都会降低铣刀的耐用度，并会削弱其使用性能。 带槽的刀柄或者万能弹簧卡头，由于它的径向跳动较大而不适用于硬铣削，使用液压膨胀衬垫或者收缩衬垫能获得最佳效果。这就是在刀具和模具制中要使用Horn刀具，而Horn刀具按照DIN 6535 HA标准，都无一例外地设计成直圆柱形结构型式的原因。追加的夹紧面会破坏刀具的精度，并影响其使用性能。 切削通常，采用HSC加工才有可能对硬度超过56HRC的工件进行切削。对此，其限制条件是切削速度和温度的综合作用。对于HSC而言，必须在合适的切削速度下测试工件材料的熔点。通常工件材料的熔点高于涂层的最高允许的温度，所以必须小心谨慎。在此最好的警句是“保持刀具冷却”。
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