應用先進刀具技術 提高模具生產(chǎn)效益
2008-05-07 10:25:49
在美國的模具制造業(yè)，始終保持技術領先可能就是贏利大戶與一般企業(yè)之間的區(qū)別。雖然可以采用各種策略來增加企業(yè)贏利，但其中最容易提高企業(yè)效益的策略是采用先進的刀具技術。 <BR>本文將介紹和分析刀具技術的最新發(fā)展動向，以期對模具制造企業(yè)提高刀具技術水平有所裨益。<BR>要想提高刀具技術水平，具備可靠的刀具技術實用基礎知識十分重要。決定切削刀具質量好壞的核心要素是刀具基體、刀具幾何參數(shù)和表面處理技術。在這些要素中，有一些特性對于模具的切削加工至關重要。<BR> 刀具基體<BR>關于刀具基體我們需要了解一些什么呢？如果不難做到的話，你不妨拿起手邊的硬質合金刀具銑削一下H13或D2淬硬鋼工件。正如大多數(shù)模具制造商都知道的，并非所有模具鋼的性能都完全相同。事實上，如果你曾經(jīng)體驗過從切削P20到切削D2淬硬鋼的變化，你就能正確理解本文討論的內容。這一點非常關鍵，因為它同樣適用于硬質合金基體材料。根據(jù)定義，硬質合金材料實際上可分為4種類型（見表1。數(shù)據(jù)來源：OSG Tap & Die）。<BR>硬質合金晶粒的尺寸越小，硬質合金基體的硬度就越高，其耐磨性也越好。再進一步細分，硬質合金基體包括兩個關鍵特性：韌性和硬度。<BR>（1）韌性<BR>基體的韌性定義為基體材料碎裂前施加于其上的徑向力大小（N/mm）。通常以橫向斷裂強度（TRS）作為表示基體韌性的度量指標。<BR>（2）硬度<BR>硬度可以簡單地通過對一個堅硬的測頭施加精確載荷時在給定被測材料上留下的壓痕大小來測定。材料越硬，抵抗變形的能力就越強。<BR>硬質合金基體中的鈷含量直接影響材料的橫向斷裂強度（TRS）和硬度。鈷是硬質合金中主要的粘結劑元素。增加鈷含量可以提高基體材料的韌性（TRS），但同時會因硬度下降而降低材料的耐磨性。反之，如減少鈷含量，材料的硬度和耐磨性將提高，而韌性則會下降。<BR>高水平的切削刀具制造商研究和掌握了各種基體材料的性能差異后，就可以采用不同的基體材料為不同的加工用途（從容易翹曲的鋁材加工到淬硬模具鋼的高速銑削）設計制造獨特的刀具。<BR> 刀具幾何參數(shù)<BR>新型高速機床加工技術的出現(xiàn)對刀具性能也提出了更高的要求，這些刀具在高主軸轉速和高進給率的加工條件下應保持穩(wěn)定的切削性能。如今在高速/高硬銑削加工領域，普通硬質合金刀具的市場空間已越來越小，雖然此類刀具并非已完全退出市場，但目前市場流行的先進機床已不再使用20年前甚至10年前設計的硬質合金刀具，因為市場已經(jīng)完全變化了。在硬銑削加工領域，刀具幾何參數(shù)的設計必須滿足剛性和精度兩方面的要求。<BR>對于整體圓形刀具而言，反映刀具剛性的主要指標是芯徑尺寸。立銑刀的標準芯徑為其直徑的50％。由于硬銑加工對刀具剛性的要求更高，采用的芯徑尺寸占到直徑的60%～70%，從而犧牲了一部分容屑槽空間，獲得的回報是刀體質量增大，剛性提高，在銑削淬硬材料時可為切削刃提供更好的支撐。由于切削深度很少超過刀具直徑的10%，因此容屑槽空間的減小不會成為太大問題。<BR>在三維銑削加工中，刀具的“精度”通常是指“徑向精度”。球頭立銑刀的徑向精度可以反映模具型腔和型芯加工完后尚需進行手工修磨的程度。高質量的球頭立銑刀每隔10°就要檢測一次徑向精度，而普通立銑刀的精度檢測常常要寬松得多，其結果是加工時刀具的誤差被傳遞到工件上，增加了額外的手工修磨工時。<BR>刀具的表面處理<BR>高速切削和硬銑削的加工原理導致加工中產(chǎn)生的切削熱穩(wěn)定升高。因此，標準的PVD涂層（如TiN或TiCN涂層）已不再具有優(yōu)勢，TiAlN涂層無疑成為最佳選擇，其首要原因是TiAlN涂層具有較高的氧化溫度，使其更適合于切削溫度高而穩(wěn)定的加工場合。由于溫度的升高，TiAlN涂層中包含的鋁上升到刀具表面形成一層氧化鋁薄膜，這層薄膜提供了更好的潤滑性并擴展了刀具性能。通常TiAlN的氧化溫度約為800℃。在硬銑削加工中，多層TiAlN涂層的刀具壽命可比單層TiAlN涂層提高約35%～50%。<BR>刀具基體、幾何參數(shù)和涂層的技術創(chuàng)新<BR>加工實踐表明，通過應用切削刀具在基體材料、幾何參數(shù)和表面涂層方面的創(chuàng)新技術，推動了模具加工技術的迅猛發(fā)展。<BR>（1）新型刀具基體材料（微型工件的硬銑削）<BR>傳統(tǒng)工藝：使用直徑3mm以下的硬質合金球頭立銑刀銑削淬硬工件（如D2或CPM-9V，硬度范圍HRC59～62），加工十分吃力。在很多情況下，也使用相同的刀具來完成精加工。由于刀具直徑相對于工件尺寸非常小，以至于銑削時間通常要超過1～2小時。<BR>新工藝：磨制的CBN球頭立銑刀是為硬銑加工而開發(fā)的新一代刀具。與TiAlN涂層硬質合金立銑刀相比，刀具硬度從Hv2800提高到Hv4500，這就意味著CBN刀具壽命可達到硬質合金刀具的5～10倍。 <BR>如今，磨削技術的進步使得CBN刀具螺旋刃的磨制成形成為可能
