摘要 近年來,加工中心機床的高速化極大地促進了模具加工的高速化。早期,高速鋼立銑刀是模具加工的主流刀具;當機床主軸轉數超過1萬轉后,涂層硬質合金立銑刀成為主流加工刀具;如今,主軸最高轉數...
近年來,加工中心機床的高速化極大地促進了模具加工的高速化。早期,高速鋼立銑刀是模具加工的主流刀具;當機床主軸轉數超過1萬轉后,涂層硬質合金立銑刀成為主流加工刀具;如今,主軸最高轉數達4~6萬轉的加工中心機床開始普及應用,CBN立銑刀將成為模具加工的主流刀具。下面介紹住友電工超硬材料公司生產的高速、高精度加工模具用BNBP型CBN立銑刀。 1.BNBP型CBN立銑刀的特點
BNBP型CBN立銑刀的切削機理與以前的硬質合金立銑刀不同。硬質合金立銑刀銑削模具時一般采用鋒利的切削刃,而BNBP型CBN立銑刀的切削機理則是采用鈍化切削刃,像精密磨削那樣進行銑削加工,因此在低速條件下加工時切削抗力較大,難以充分發揮刀具性能,但在高速條件下加工高硬度鋼時,不僅可顯示出刀具使用壽命長的優勢,還能獲得高精度的優質加工表面。具有大負前角的切削刃是BNBP型CBN立銑刀具有高抗崩刃性并可獲得優良加工表面的重要因素。
BNBP型CBN立銑刀具有以下優勢:①具有接近硬質合金刀具的高抗崩刃性能,能實現高效加工;②能獲得高精度的優質加工表面,可大幅度縮短精磨時間;③能勝任高硬度鋼模具的高速加工,可大幅度縮短加工時間;④使用壽命超過涂層硬質合金刀具3倍以上,用1把BNBP型CBN立銑刀就能完成模具的精加工;⑤R圓弧精度達±5μm,能實現高精度加工。
2.BNBP型CBN立銑刀性能對比
分別使用BNBP型CBN立銑刀和其它公司的CBN立銑刀,在同一加工條件下(工件材料:SKD11(HRC60);立銑刀:R1.0,N=20000min-1,F=2000mm/min,Ad=0.05mm,Rd=0.05mm;風冷;切削長度:100m)進行銑削后切削刃和已加工面對比。可以發現,其它公司CBN立銑刀的中心切削刃附近已發生崩刃,加工表面有撕裂痕跡;而BNBP型CBN立銑刀的中心刃附近無崩刃現象、磨損也很小,加工表面相當漂亮。比較立銑刀中心切削刃的形狀可知,BNBP型CBN立銑刀的中心刃厚度較薄。由于采用了大負前角,即使在中心刃附近也具有足夠強度,因此可減小中心刃厚度,從而能獲得漂亮的加工表面,防止中心刃崩刃。BNBP型CBN立銑刀采用了大負前角切削刃形狀和抗崩刃性能最佳的BN350型CBN材料,因此能實現接近硬質合金高效加工條件的模具銑削加工。
在主軸轉數1萬轉和2萬轉條件下銑削加工SKD11(HRC60)模具鋼(工件材料:SKD11(HRC60);立銑刀:R1.0,f=0.05mm/齒,Ad=0.05mm,Pf=0.05mm;風冷;切削長度:100m)。以1萬轉銑削加工時,CBN立銑刀的中心刃部分發生了崩刃,刀具壽命低于硬質合金立銑刀;但以2萬轉銑削加工時,硬質合金立銑刀的磨損較大,而CBN立銑刀幾乎無磨損。模具加工用立銑刀的R精度達到±5μm是很普遍的,但涂層硬質合金立銑刀由于磨損使刀夾位置后退,大大降低了R精度;而CBN立銑刀幾乎無磨損,因此能實現R±5μm精度的銑削加工。
在4萬轉條件下高速銑削SKD11模具鋼時(工件材料:SKD11(HRC60);立銑刀:R1.0,N=40000min-1,F=4000mm/min,Ad=0.05mm,Pf=0.05mm;油霧冷卻),與涂層硬質合金立銑刀的后刀面磨損量相比,BNBP型CBN立銑刀的后刀面磨損量極小,幾乎可忽略不計。如果將刀具壽命設定為后刀面磨損寬度VB=0.014mm,則CBN立銑刀的壽命是涂層硬質合金立銑刀的10倍左右。加工HRC60硬度等級的淬硬鋼時,在1萬轉條件下加工時,CBN立銑刀的壽命與硬質合金立銑刀相當;但在2萬轉條件下加工時,CBN立銑刀的壽命是硬質合金立銑刀的3~5倍;在4萬轉條件下則是硬質合金立銑刀的10倍。由此可見,主軸轉數越高,CBN立銑刀與硬質合金立銑刀的壽命之差就越大。CBN立銑刀的價格約為硬質合金立銑刀的3倍,如果在2萬轉以上進行銑削加工,至少可以實現成本與硬質合金立銑刀相當。由于刀具壽命延長3倍以上,用1把立銑刀就能加工1件模具,可以大幅度縮短磨削工序。如果用BNBP型CBN立銑刀加工硬度不太高的模具材料,則刀具壽命可達到硬質合金立銑刀的30倍以上。
3.模具加工實例
用BNBP型CBN立銑刀加工移動電話零件用模具。粗加工時,Ad=0.1mm對原有的CBN立銑刀來說非常苛刻,而使用BNBP型CBN立銑刀不僅不發生崩刃,而且能實現穩定加工。精加工時,使用R0.3mm的BNBP型CBN立銑刀在36000r/min的高速條件下加工。由BNBP型CBN立銑刀和涂層硬質合金立銑刀精加工表面(工件材料:SKD11(HRC60);立銑刀:R0.3,N=36000min-1,F=500mm/min,Ad=0.03mm,Pf=0.02mm;油霧冷卻;MEGAⅢ加工中心)的放大照片可見,CBN立銑刀的加工面進給刀痕清晰而均勻,而硬質合金立銑刀的加工面刀痕則不是十分清晰和均勻。因此,使用BNBP型CBN立銑刀加工可以大幅度減少后續磨削工作量。