加工高硬钢模具型腔用CBN立铣刀
阅读4539次
您的位置:切削技术首页>技术专题>硬材料加工>加工高硬钢模具型腔用CBN立铣刀
点击此处:以获得带文本搜索器的该文页面
内容摘要:随着IT相关产业的发展和技术进步,相关零件及其加工模具日益小型化。小型精密模具大多采用放电加工,加工时间长、效率低,还必须解决电极及其制造工艺的技术问题。

图1 CBN小直径球头立铣刀CBN-SXB
随着IT相关产业的发展和技术进步,相关零件及其加工模具日益小型化。小型精密模具大多采用放电加工,加工时间长、效率低,还必须解决电极及其制造工艺的技术问题。为了缩短交货期、降低生产成本,加工方法正逐渐转向采用小直径球头立铣刀对模腔进行高速铣削。此外,减小切削深度、提高切削速度以及最大限度地提高进给速度的高效加工方法(高速铣削)也日益普及。在此背景下,使用寿命比涂层硬质合金立铣刀更长的CBN立铣刀引起了人们的高度关注。本文简要介绍日本OSG公司为加工高硬钢模具型腔而开发的CBN小直径球头立铣刀CBN-SXB(见图1)。

CBN-SXB立铣刀的特点

1 采用适合高硬模具加工的CBN材质

与硬质合金相比,CBN的硬度更高、耐磨性更好,但韧性较差,容易产生崩刃。因此,根据不同的加工用途合理选择适用刀具材料十分重要。加工高硬钢模具型腔用的球头立铣刀应选用比常规CBN硬度更高、耐磨性更好的高韧性CBN材质。
(a)
(a)工件材料:SKD61(HRC50);加工机床:立式加工中心+高速主轴;刀具:R1的CBN球头立铣刀;转速:40000r/min;进给量:2400mm/min;切深:aa=0.04mm,pf=0.05mm;冷却方式:空冷
(b)
(b)工件材料:SKD61(HRC53);加工机床:立式加工中心;刀具:R0.3的CBN球头立铣刀;转速:40000r/min;进给量:2400mm/min;切深:aa=0.01mm,pf=0.02mm;冷却方式:油雾
图2 螺旋切削刃的影像

图3 CBN-SXB和硬质合金立铣刀的磨损状态对比(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
加工方法:平面铣削;加工机床:立式加工中心;转速:40000r/min;进给量:2400mm/min;切深:aa=0.04mm,pf=0.05mm;冷却方式:空冷
图4 以0.04mm切深铣削模具钢的对比试验结果(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
切削速度:250m/min(40000r/min);进给速度:6000mm/min(0.075mm/t);切深:aa=0.05mm,pf=0.02mm
图5 CBN-SXB与其它公司CBN立铣刀的对比试验结果(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
切削速度:250m/min(40000r/min);进给速度:6000mm/min(0.075mm/t);切深:aa=0.03mm,pf=0.05mm
图6 加工简易模具时立铣刀加工面状态对比(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

2 采用螺旋形切削刃

螺旋形切削刃对立铣刀切削性能及刀具寿命影响见图2。从R1的CBN球头立铣刀的试验结果(图2a)来看,螺旋刃的CBN球头立铣刀能正常铣削400m的长度,而直刃立铣刀铣削180m后即产生了较大崩刃,而无法继续进行铣削加工;从R0.3的CBN球头立铣刀的对比试验结果(图2b)来看,螺旋刃立铣刀的寿命为直刃立铣刀的2倍以上,切削抗力的变化也较小,由此证明了螺旋切削刃提高切削性能的显著效果。

3 采用负前角

为了提高加工高硬度材料用CBN刀具的切削刃强度,可在刀尖上加工出负倒棱,以加大切削角。为了获得与这种负倒棱相同的效果,CBN-SXB小直径球头立铣刀在设计前刀面时采用了负前角结构。

4 确定加工条件范围

用R1×5的CBN-SXB小直径球头立铣刀(及硬质合金立铣刀)加工SKD61(HRC50)时(转速20000r/min;直线行切;空冷)的切削条件范围见表1,刀具磨损状态见图3。通过不断增大每齿进给量、切深和行切距离,来确定合适的加工条件范围。铣削SKD61时,在每齿进给量0.05mm、切深0.1mm、行切距离0.1mm的切削条件下,正常加工到硬质合金立铣刀精铣范围。当累计铣削长度达到232m时,硬质合金立铣刀因磨损过大而不得不终止试验;而CBN-SXB的磨损还十分微小,看不到刀尖定位尺寸有任何变化。
表1 CBN-SXB的加工条件范围
进给量(mm/t)0.0250.05
切深(mm)0.030.050.10.050.1
行切距离(mm)0.050.10.050.10.050.10.050.10.050.10.1
累计切削长度(m)81624324076106116126136232
刀具CBN-SXB
硬质合金铣刀×

加工实例

1 超高速铣削SKD61模具钢(HRC50)

图4为用R1×5的CBN-SXB、硬质合金立铣刀以及具有平前刀面和负倒棱的CBN球头立铣刀进行了铣削SKD61(HRC50)的对比试验结果。()。切削条件为球头中心部分最苛刻的条件。当切削长度达到400m时,已开始出现明显差别:CBN-SXB的后刀面磨损宽度仅为涂层硬质合金立铣刀的大约一半,约为原有CBN球头立铣刀的2/3;CBN-SXB从外圆到中心部分磨损均匀,而原有CBN球头立铣刀的不同部位磨损不均且磨损较快;CBN-SXN的已加工面进给切痕均匀,表面粗糙度值小,仍可继续切削,可期望获得较长的使用寿命。

2 超高速铣削SKH51模具钢(HRC65)

图5为用R1×5的CBN-SXB与其他公司CBN立铣刀进行了铣削SKH51模具钢(HRC65)的对比试验结果。图6为加工简易模具时立铣刀加工面状态的对比。在以Z向切深0.05mm(对CBN立铣刀而言)超高速铣削SKH51模具钢时,与其他公司产品的差异显而易见:铣削长度达到约320m后,CBN-SXB的磨损量仅为其他公司CBN刀具的1/3。从加工初期起,硬质合金立铣刀加工面的挤裂现象清晰可见;而CBN-SXB的加工面平整光洁,表面粗糙度值达到Ra1-2?m。由此可见,CBN-SXB的优势不仅表现在刀具寿命长,而且可以大幅度缩短后序加工时间。

3 稳定加工SKD61模具钢(HRC53)

图7为用3把R0.5×2.5的CBN-SXB以0.02mm切深铣削加工SKD61模具钢获得的刀具磨损结果。在切削长度达到250m时,3把刀具的磨损曲线几乎重合,这就表明,采用螺旋切削刃的CBN-SXB能够获得分散性极小、稳定的刀具使用寿命。
切削速度:140m/min(45000r/min);
进给速度:2000mm/min(0.022mm/t);
切深:aa=0.01mm,pf=0.02mm
(a) 刀具磨损曲线
(b) 切削终了时(150m)的刀具磨损状态
图7 3把CBN-SXB刀具的相同加工结果
CBN-SXB小直径超级球头立铣刀在淬硬模具钢的高速精加工中,其使用寿命可达涂层硬质合金球头立铣刀的10倍以上。可以期望,此类刀具能胜任长时间连续的高精度模具铣削加工。为了充分发挥此类刀具的切削性能,还应注意机床温度变化和加工路径对主轴伸缩的影响。今后,需要在进一步确认小直径CBN立铣刀在各种条件下加工高硬度模具的优越性的同时,攻克实际使用中的各种难题,以适应市场需求。
本文作者:廖先富(编译)
原载:《工具展望》2009年第3期
上载于:2011-1-5 11:51:17

声明: 切削技术网站刊载此文不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息。

发给好友 收藏 投稿给我们 打印本页

切削技术微信



本文微信分享码

沪ICP备05002856号 不良信息举报
谷歌搜索
本站:
全网:

本页链接

关于推荐金晓春同志担任上海科…
关于推荐夏斯成同志担任上海科…
上海金切协会:关于 2018…
2017年德国精密工具行业产…
德国机床制造商协会VDW在C…
肯纳金属2017年刀具销售收…
山特维克机械加工集团2017…
2017年美国刀具总消耗近2…
2017年日本刀具销售总值近…