特殊涂层球头立铣刀系列
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本文简介日本三菱综合材料集团硬质合金工具公司高性能特殊涂层整体式球头立铣刀Impact Miracle的切削性能。
Impact Miracle特殊涂层球头立铣刀系列是日本三菱综合材料集团硬质合金工具公司开发的高性能整体式球头立铣刀,本文对其切削性能简介如下。

特殊涂层球头立铁刀的特点

表1 涂层性能对比
性能指标特殊涂层(Al,Ti,Si)N涂层(Al,Ti)N涂层
硬度(Hv)370032002800
开始氧化温度(℃)13001100800
结合强度(N)1008080
摩擦系数*0.480.530.58
*工件材料:SKD11 (60HRC):检测温度:800℃。

(1) 涂层材料

表1为特殊徐层与其他两种徐层材料的基本性能对比。特殊涂层是将原来用于高硬度加工的(Al,Ti,Si)N涂层的单一晶相结构进行纳米级微细化结晶,使其硬度达到3700HV ,开始氧化温度提高到1300 ℃ ,大幅度提高了其耐磨和耐热性能,同时降低了其高温摩擦系数,加工精度及表面粗糙度也获得了显著提高。

(2) 硬质合金基体材料

涂层对于提高刀具寿命作用极大,但对于不同的工件材料和加工状态,为了充分发挥涂层性能,提高刀具基体材料的性能至关重要。从这种观点出发,三菱公司开发了适应被加工材料和加工状态的硬质合金基体材料,例如:VF-2SB双刃球头立铣刀采用了耐磨性能优异的超细颗粒硬质合金:VF -2SDB强力型双刃球头立铣刀采用了可大幅提高抗崩刃性能的超细颗粒硬质合金。

(3) 切削刃形状

  1. VF-2SB双刃球头立铣刀:这是一种耐库到生能优异、适合铣削高硬度材料的立铣刀,切削刃形状采用了负前角,R精度为±:5µ:m,外径精度0~10µ:m,柄部外径精度达h5。由于采用了耐磨和耐热性能优异的特殊涂层,因此能长时间维持很高的加工精度。
  2. VF-2SDB强力型双刃球头立铣刀:在深模腔、大进给、大切深、耐磨性能要求很高的模具加工中,加工形状、刀具运动轨迹、切削参数等加工条件都在不断变化,要实现稳定的切削加工难度很大,有时也会出现不能充分发挥涂层性能的情况。VF-2SDB立铣刀的切削部分为球头形状,易于切入工件,采用了能减轻对刀具冲击的新型S形切削刃,从球头中心到外圆采用了能大幅提高抗崩刃性的新型负前角切削刃。
除了VF-2SB、VF-2SDB以外,还有VF-2XLB双刃长颈球头立铣刀以及VF 一ZssB 热压配合短柄型双刃短型球头立铣刀。

特殊涂层球头立铣刀的切削性能

(1) VF-2SB双刃球头立铣刀的切削性能

  1. 铣削粉末高速钢
    图1为用R1的VF-2SB立铣刀铣削加工ASP60粉末高速钢(69HRC),当切削长度达到50m时切削刃的损伤状况。对SKD11 模具钢(硬度约为60HRC)的高速铣削加工已日益实用化。但是,对硬度超过65HRC的粉末高速钢进行铣削加工时,刀具寿命很短,加工效率很低,因此大多只能采用电火花加工。由图1可知,VF-2SB立铣刀的切削刃磨损量不到三菱公司原有产品的1/2。从加工结果来看,由于特殊涂层的性能和新开发的超细颗粒硬质合金的效果,大幅度提高了VF-2SB立铣刀的耐磨性能,使其能够胜任硬度超过65HRC的粉末高速钢的铣削加工。
  2.  :VF-2SB原有产品
    尖端部位
    转速:8000r/min(最大切削速度:18m/min),进给速度:1260mm/min(0.08mm/齿),顺铣,空冷
    图1 铣削粉末高速钢时切削刃的损伤状况
  3. 铣削加工STAVAX模具
    图2为用R3的VF-2SB立铣刀加工注塑模常用的STAVAX材料(52HRC),当切削长度达到340m时切削刃的损伤状况。与三菱公司原有产品及其他公司的刀具相比,VF-2SB的磨损量大幅减小,能长时间维持R精度和切削性能。近年来,要求加工精度高、研磨时间短的中等硬度注塑模的加工越来越多,特殊涂层球头立铣刀可以发挥出显著的加工效果。
     :VF-2SB原有产品其他公司产品
    尖端部位
    界面部位
    转速:18,000r/min(最大切削速度:148m/min),进给速度:3600mm/min(0.1mm/齿),刀具悬伸长度:25mm,顺铣,空冷
    图2 铣削STAVAX 模具材料时切削刃的损伤状况

(2) VF-2SDB强力型双刃球头立铣刀的切削性能

  1. 深模腔铣削的切削性能在模具制造业,为了缩短准备时间、降低加工,成本,采用直接铣削加工方式日益流行。但在复杂形状模具的铣削加工中(尤其是深模腔的加工),刀尖承受的切削负荷变化大,易于发生崩刃,刀具寿命不稳定,这主要是因为刀具悬伸长度(长径比L/D)大,刀尖部位因减速效应,使进给速度急剧变化、切削刃接触长度增大而产生高频振动造成的。图3 为用R5(Ø:10)的VF-2SDB立铣刀和三菱公司原有的同规格刀具,在刀尖低速进给、大切深条件下铣削SKD61(52HRC)时,刀具抗崩刃性能的对比试验结果。可以看出,原有产品A的尖端和原有产品B的外圆部分产生了较大崩刃:而VF-2SDB立铣刀由于采用了S形负前角切削刃和能提高抗崩刃性的超细颗粒硬质合金基体,并未产生崩刃。由此可见,VF-2SDB抗崩刃性能优异、寿命长而稳定,另当置用于深模腔铣削的先进刀具。
     :VF-2SDB原有产品A原有产品B
    全刃(全R)
    转速:6,000r/min(最大切削速度:188m/min),进给速度:500mm/min(0.042mm/齿),刀具悬伸长度:70mm,顺铣,空冷
    图3 在刀具长径比L/D=7的加工条件下切削刃的损伤状况
  2. 大进给(高效)铣削的切削性能
    为了提高模具加工效率,一般可采用小切深、大进给的加工方法。但在实际加工中,由于加工形状、刀具加工轨迹等问题,也时常发生因崩刃而达不到希望的加工效果的情况。图4为用R3的VF-2SDB球头立铣刀高速、大进给铣削SKD61(HRC52)时切削刃的损伤对比结果。试验工件为实际的模具,由切深图可知,全部切削刃(全R) 均参与深模腔切削。试验结果表明,其他公司产品A的外圆部位产生了崩损,产品B的中心部位产生了崩刃,而VF-2SDB立铣刀未发生崩损,实现了深模腔的大进给、长寿命、高效率、高稳定加工。
     :VF-2SDB其他公司产品A其他公司产品B
    全刃(全R)
    转速:12,000r/min(最大切削速度:226m/min),进给速度:4500mm/min(双刃,0.18mm/齿),3刃,刀具悬伸长度:35mm,顺铣,空冷
    图4 大进给铣削的切削刃损伤状况对比
本文作者:廖先富(编译)
原载:《工具展望》2009年第5期
上载于:2011-8-30 14:55:23

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