機床主軸的高速旋轉以及進給速度、加速度的相應提高,一方面可直接縮短加工時間,另一方面還因高速切削具有激振頻率特別高、工作平穩、振動小的優勢而有利于提高加工表面質量,即高速切削加工可作為模具和結構零件的更終加工,通過“以切代磨”或“以切代放電”來提高加工效率和加工質量(即勿需進行費時低效的后續磨削工序、模具電極電火花加工);工件還可先淬火后切削,直接將硬度高達65HRC的材料高速切削加工至更終尺寸。
常用可淬硬模具鋼及高速切削用立銑刀
1常用塑膠模具鋼和熱作鋼
表1幾種常用塑膠模具鋼和熱作鋼
商品名――標準――特性與用途――表面硬度
瑞典S136;S316H――AISI420ESR――防酸不銹蝕,耐磨性高,熱處理尺寸變化小;適合于PVC、PP、EP、PC、PMMA塑膠模具,高溫回火后可作高拋光度鏡面塑膠模――低溫回火HRC50~55,高溫回火HRC34~38
SAARSTAHL(SSE)GS2344EFS;GS2344ESR――AISIH13――優良的紅硬性、高溫沖擊強度、高溫耐磨性和抗熱沖擊龜裂性,可作擠壓、壓鑄、熱鍛和高溫沖裁工具――180~300℃淬硬至HRC52
LKM2311;LKM2312――AISIP20――硬度均勻,加工性能良好,芯部韌性好,可作預硬塑膠模――HRC53~36
DAIDONAK80――AISIP21modifiedESR――變形小,易研磨拋光,長期使用可維持高精度,可用作高硬度高鏡面模具――供貨時HRC37~41,可淬硬至約HRC60
2高速切削淬硬鋼常用立銑刀
本文主要討論用于高速切削的整體硬質合金PVD涂層立銑刀(可切削硬化鋼的其它刀具如CBN和陶瓷刀具等不是本文研究重點)。
(1)刀具涂層:能用于高速切削淬硬鋼的刀具涂層主要有(Ti,Al)N或(Ti,C)N,刀具基體為超細顆粒硬質合金。
(2)銑刀主要形式:用于高速切削淬硬鋼的整體立銑刀主要形式有常規2刃和多刃球頭刀、長頸球頭刀、2刃錐面球頭刀、2刃帶圓弧頭平底刀、長頸帶圓弧頭平底刀、2刃直角平底刀和多刃直角平底刀等。
加工淬硬鋼用高速立銑刀的工藝性
①直徑0.2~6mm2刃直角平底立銑刀:常用于切溝槽。工件硬度小于HRC45時,軸向切深不大于0.1D(刀徑D小于2mm)~0.2D(D大于2mm);工件硬度大于HRC45時,對應于刀徑D小于0.5mm、小于2mm和2mm以上,軸向切深分別不大于0.02D、0.05D和0.1D。
②直徑1~6mm4刃直角平底立銑刀:常用于側面精加工國產h13多少錢一公斤。工件硬度小于HRC45時,軸向切深不大于1.5D,徑向切深不大于0.1D(刀徑D小于3mm)~0.2D(刀徑D大于4mm);工件硬度大于HRC45時國產h13多少錢一公斤,軸向切深不大于刀徑D,徑向切深不大于0.05D。
③R0.1~3mm2刃球頭立銑刀:常用于曲面精加工。軸向切深不大于0.1R,徑向切深0.2~0.4R。
高速加工時,上述刀具的切削速度和進給速度隨工件硬度和刀徑不同而變化:隨著工件硬度增大,刀具的轉速尤其是進給速度降低;隨著刀徑增大,刀具的轉速降低但線速度相對較高,進給速度也相應增大(參見表2)。
表2推薦切削條件
2刃球頭立銑刀:
工件硬度<45HRC時:R1-R2-R3:轉速(r/min):35000-25000-20000;進給量(mm/min):1200-1800-2200
工件硬度45~55HRC時:R1-R2-R3:轉速(r/min):25000-17000-13000;進給量(mm/min):800-900-1000
2刃直角平底立銑刀:
工件硬度<45HRC時:直徑0.5mm-2mm-6mm:轉速(r/min):40000-10000-3500;進給量(mm/min):240-400-400
工件硬度45~55HRC時:直徑0.5mm-2mm-6mm:轉速(r/min):30000-8000-2700;進給量(mm/min):120-120-120
4刃直角平底立銑刀:
工件硬度<45HRC時:直徑1mm-3mm-6mm:轉速(r/min):12000-5300-3200;進給量(mm/min):100-200-360
工件硬度45~55HRC時:直徑1mm-3mm-6mm:轉速(r/min):8900-3200-2000;進給量(mm/min):45-85-150
淬硬鋼高速銑削的經濟性
刀徑較大的(Ti,Al)N涂層硬質合金立銑刀高速加工淬硬材料時其強度基本可滿足要求,但用小直徑刀具高速加工窄槽時銑刀則易斷易損。由于(Ti,Al)N涂層硬質合金立銑刀磨損后一般不能進行重磨,因此刀具成本較高;在用于某些模具加工時,刀具成本甚至占到模具總制造成本的12%左右。
據分析,用傳統方法加工型腔模具的成本分布大致為:粗加工占12%,半精加工和精加工各占25%,后續手工修磨占16%,調試占22%。而采用高速銑削法,可大大提高精加工效率,取消或者減少后續手工修磨工序;如果采用粗精加工同機“一次過”工藝,甚至粗加工和半精加工時間也可大大縮短(比電火花加工快得多)國產h13多少錢一公斤。
加工實例:
②HSM400加工中心采用“粗、精加工一次過工藝”加工注塑模(HRC54),總加工時間為468分鐘。粗加工采用4~6刃粗銑刀(直徑2~8mm),轉速20000~8000r/min,進給速度1500~2600mm/min;半精銑和精銑用2刃球頭刀(直徑0.8~1.5mm),轉速36000r/min,進給速度1000~1600mm/min。
③表3給出的是MMC(三菱)KOBELCO(神鋼)的小直徑超硬涂層立銑刀使用實例。
表3MITSUBISHIMSTAR小直徑超硬涂層立銑刀使用實例
刀具――工件――工藝特性――切削條件――加工效果
2刃球頭刀(R1.5mm)――熱鍛模,材料SKD61(HRC47)――切深0.05~0.1mm的半精加工、精加工――切速:94m/min,進給:0.1mm/tooth,回轉速度:10000r/min,進給速度:2000mm/min,干切削――每把刀具的壽命從原先可切200m增至近600m
4刃直角立銑刀(直徑6mm)――塑料模,S55C――模具型腔側面精加工,切深0.6×6mm――切速:50m/min,進給:0.04mm/tooth,回轉速度:2650r/min,進給速度:212mm/min,干切削――加工50m后,后刀面磨損高度從原先的0.25mm減小到0.15mm
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