模具鋼大部分是在熱處理前進(jìn)行切削加工，主要為平面銑削及型腔、凸模、溝槽等的立銑加工，切削加工后再進(jìn)行淬火、回火等熱處理，此時(shí)硬度可達(dá)到HRC50～60甚至更高。高硬度可保證模具的耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命，但熱處理后零件易變形，材料變硬，加工性能變差，為了達(dá)到最終精度要求，只能采用磨削甚至手工研磨等方法進(jìn)行精加工。這種加工方式效率低、周期長(zhǎng)、交貨遲、成本高，難以滿足客戶需求。當(dāng)前，事實(shí)上已形成了這樣一種局面，哪家公司能高效加工模具，縮短交貨期，降低相應(yīng)成本，就能擴(kuò)大市場(chǎng)，擴(kuò)大銷(xiāo)售，在競(jìng)爭(zhēng)中取勝。

    為了滿足以上要求，人們改變了思路，是否在材料熱處理淬硬后也能用刀具進(jìn)行切削加工，特別是各類型腔、型面等是否也能用立銑刀加工，使其不但用于半精加工，甚至用于精加工，實(shí)現(xiàn)部分或完全“以銑代磨”。刀具切削在單位時(shí)間對(duì)零件的切除體積量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂輪磨削，即其加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磨削，且在設(shè)備投資、占地面積、環(huán)境保護(hù)、降低總成本等多方面可帶來(lái)諸多經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。下面介紹整體立銑刀為適應(yīng)切削淬硬鋼的要求而做的改進(jìn)。
刀具材料的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新：CBN材料開(kāi)始用于立銑刀
    近年來(lái)，說(shuō)起以車(chē)代磨、以銑代磨加工淬硬鋼，通常首先想到運(yùn)用立方氮化硼（CBN）刀具材料，CBN的微粒硬度達(dá)HV8000～9000，其燒結(jié)體PCBN的硬度可達(dá)HV3000～5000，耐熱性達(dá)1400～1500℃。PCBN在800℃時(shí)硬度還高于陶瓷與硬質(zhì)合金的常溫硬度，故可以硬質(zhì)合金3～5倍的切削速度進(jìn)行切削，且其化學(xué)穩(wěn)定性好，在1200～1300℃高溫下，也不會(huì)與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與碳也是在2000℃時(shí)才會(huì)發(fā)生反應(yīng)。CBN對(duì)各種材料的粘結(jié)、高溫時(shí)的擴(kuò)散作用也比硬質(zhì)合金小得多，因此特別適合加工鋼鐵材料。CBN的導(dǎo)熱性為硬質(zhì)合金的20倍，僅次于金鋼石，且其導(dǎo)熱性隨著溫度的提高而增強(qiáng)。CBN與不同材料的摩擦系數(shù)僅為0.1～0.3，且隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)會(huì)下降，而硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4～0.6

    三菱材料公司較早開(kāi)發(fā)了CBN材料的立銑刀，其CBN－2XLB型R1X5球頭立銑刀（即球頭半徑為1MM，頸長(zhǎng)為5MM）可以20000R／MIN的轉(zhuǎn)速、1700MM／MIN的進(jìn)給量、0.05MM的切深（背吃刀量）銑削60HRC的SKD11模具鋼。切削了800米以后，后刀面僅磨損0.03MM。若將切深提高到0.1MM（即在較高切削負(fù)荷下），在切削了400米以后，后刀面磨損高度僅為0.022MM。由于其球頭精度高（R公差為±5μM，外徑公差0～10μM），加工精度很高，為保持同樣的高精度，一把CBN高精度球頭立銑刀所能加工的表面，若換用相同精度的硬質(zhì)合金球頭立銑刀，則需要7～8把。

    在切削淬硬模具鋼時(shí)，若選擇CBN材料，雖然價(jià)格較貴，但因切削速度高，可以縮短加工時(shí)間，延長(zhǎng)刀具壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此可能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。
    當(dāng)然，如果脫離實(shí)際加工條件，一味選用新型刀具材料，也可能會(huì)增大加工成本（CBN刀具的價(jià)格約為硬質(zhì)合金刀具的6～10倍）。另外，使用新型刀具材料時(shí)，若切削條件選擇不當(dāng)，也會(huì)影響加工質(zhì)量與刀具壽命。因此，應(yīng)對(duì)整個(gè)加工任務(wù)進(jìn)行評(píng)估，綜合權(quán)衡生產(chǎn)批量、加工時(shí)間、機(jī)床和刀具性能，在保證加工質(zhì)量的前提下，在切削速度較低等條件下，也可以選用價(jià)格較低的涂層硬質(zhì)合金刀具，同樣可以實(shí)現(xiàn)較好的加工效果。
涂層技術(shù)與硬質(zhì)合金材料的新發(fā)展

    根據(jù)不同的使用要求，淬硬鋼的硬度通常可達(dá)HRC45～68。為了順利切削加工工件，切削刀具的硬度通常需要達(dá)到被切削工件硬度的3～5倍以上為宜。涂層硬度常用維氏硬度（HV）測(cè)定，以三菱公司的產(chǎn)品為例，其TIN涂層立銑刀硬度為HV1900，采用（AL，TI）N涂層的MSTAR系立銑刀硬度為HV2800，采用（AL，TI，SI）N涂層的VC型立銑刀的硬度為HV3200，最近開(kāi)發(fā)的IMPACTMIRACLE納米級(jí)（AL，TI）N涂層VF型立銑刀，其硬度進(jìn)一步提高，達(dá)到HV3700，可以說(shuō)接近了PCBN的硬度值。其氧化開(kāi)始溫度與涂層結(jié)合力也進(jìn)一步提高，摩擦系數(shù)則不斷下降。以HRC值單純與HV值相比的話，HRC68大約相當(dāng)HV940，雖然各硬度值的提高與對(duì)比并非線性關(guān)系，但可看出，（AL，TI）N涂層MSTAR立銑刀已可以切削淬硬鋼，而硬度和氧化開(kāi)始溫度更高的IMPACTMIRACLE涂層VF系列立銑刀可獲得更佳的加工效果。

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Impact Miracle涂層VF系列立銑刀的切削實(shí)例：
    （1）用VF-2SB R1球頭立銑刀加工高速鋼SKH51（M2）模具（硬度HRC65），切削用量為：轉(zhuǎn)速20000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度6000mm/min， 0.15mm/齒，背吃刀量0.07mm，側(cè)吃刀量0.2mm，風(fēng)冷。切削長(zhǎng)度達(dá)30m后，刀具仍未損傷。
　　（2）用VF-MD φ6直角頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRC60），切削用量為：轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度2160mm/min（0.045mm/齒），風(fēng)冷。切削長(zhǎng)度達(dá)100m后，刀具仍未損傷。
　?。?）用VF-2SB R3球頭立銑刀加工熱加工用壓鑄模（材料為DH315，硬度HRC52），切削用量為：轉(zhuǎn)速16000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1600mm/min，每齒進(jìn)給量0.05mm/齒，背吃刀量（切深）2mm，側(cè)吃刀量0.2mm，順銑，風(fēng)冷。盡管該材料韌性很大，但在切削120多米后，刀具才出現(xiàn)損傷。
　?。?）用VF-2SB R1球頭立銑刀切削HRC68以上的粉末冶金高速鋼模具，切削用量為：轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1260mm/min，每齒進(jìn)給量0.08mm/齒，背吃刀量0.2mm，側(cè)吃刀時(shí)0.07mm，風(fēng)冷，順銑。切削長(zhǎng)度可達(dá)50米以上，比一般立銑刀壽命提高數(shù)倍。
　?。?）用VF-2SB R10球頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRC60），切削用量為：轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度240mm/min，每齒進(jìn)給量0.1mm/齒，背吃刀量可高達(dá)8mm，側(cè)吃刀量0.5mm，順銑，風(fēng)冷。在如此大切深條件下，仍可切削30米，為老產(chǎn)品的3倍。
　　（6）用長(zhǎng)頸VF-2XLB R1×20球頭立銑刀加工模具深型槽，材料為SKDII（HRC60），切削用量為：轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1000mm/min，每齒進(jìn)給量0.05mm/齒，風(fēng)冷，順銑。往復(fù)切削長(zhǎng)度可達(dá)20米，比其它類似產(chǎn)品壽命提高一倍。
　?。?）用VF-MD直角頭立銑刀同時(shí)加工硬度達(dá)HRC60的淬硬鋼側(cè)面與底面，切削穩(wěn)定，可獲得良好的表面質(zhì)量，切屑形態(tài)、色澤正常，切削速度為151m/min，每齒進(jìn)給量0.1mm/齒，其底刃的耐缺損性、外周刃的耐磨性均良好。
　　（8）用圓弧頭立銑刀VF-MDRB以切削速度50m/min、每齒進(jìn)給量0.05mm/齒、切深0.5mm、切寬8mm加工SKDII（60HRC），順銑，風(fēng)冷。切削長(zhǎng)度8米后，刀具幾乎無(wú)損傷。

立銑刀基體硬質(zhì)合金顆粒超微細(xì)化

    立銑刀刀齒在加工時(shí)，反復(fù)承受沖擊載荷，因此必須具有足夠的韌性。在切削淬硬材料時(shí)，切削力大，更應(yīng)提高韌性。如今，涂層的硬度越來(lái)越高，涂層保證了切削淬硬鋼時(shí)刀具的耐磨性，而可切削性、韌性更多則是依靠基體材料來(lái)保證。涂層硬質(zhì)合金立銑刀的基體材料主要是韌性高、抗振性好的K類硬質(zhì)合金（主要成分是WC）。為了提高韌性，要使WC結(jié)晶顆粒細(xì)化，涂層表面越硬，越應(yīng)使其基體晶粒細(xì)化，加工淬硬鋼的性能也越高。Impact Miracle涂層基體材料的晶粒度可達(dá)1μm以下，使其耐磨性與韌性同時(shí)提高。