| 内容摘要：随着IT相关产业的发展和技术进步，相关零件及其加工模具日益小型化。小型精密模具大多采用放电加工，加工时间长、效率低，还必须解决电极及其制造工艺的技术问题。 |
ink media=screen href="http://e-cuttech.com/magiczoomplus.css" type=text/css rel=stylesheet>随着IT相关产业的发展和技术进步，相关零件及其加工模具日益小型化。小型精密模具大多采用放电加工，加工时间长、效率低，还必须解决电极及其制造工艺的技术问题。为了缩短交货期、降低生产成本，加工方法正逐渐转向采用小直径球头立铣刀对模腔进行高速铣削。此外，减小切削深度、提高切削速度以及最大限度地提高进给速度的高效加工方法(高速铣削)也日益普及。在此背景下，使用寿命比涂层硬质合金立铣刀更长的CBN立铣刀引起了人们的高度关注。本文简要介绍日本OSG公司为加工高硬钢模具型腔而开发的CBN小直径球头立铣刀CBN-SXB。CBN-SXB立铣刀的特点
1 采用适合高硬模具加工的CBN材质
与硬质合金相比，CBN的硬度更高、耐磨性更好，但韧性较差，容易产生崩刃。因此，根据不同的加工用途合理选择适用刀具材料十分重要。加工高硬钢模具型腔用的球头立铣刀应选用比常规CBN硬度更高、耐磨性更好的高韧性CBN材质。2 采用螺旋形切削刃
螺旋形切削刃对立铣刀切削性能及刀具寿命影响。从R1的CBN球头立铣刀的试验结果来看，螺旋刃的CBN球头立铣刀能正常铣削400m的长度，而直刃立铣刀铣削180m后即产生了较大崩刃，而无法继续进行铣削加工;从R0.3的CBN球头立铣刀的对比试验结果来看，螺旋刃立铣刀的寿命为直刃立铣刀的2倍以上，切削抗力的变化也较小，由此证明了螺旋切削刃提高切削性能的显著效果。3 采用负前角
为了提高加工高硬度材料用CBN刀具的切削刃强度，可在刀尖上加工出负倒棱，以加大切削角。为了获得与这种负倒棱相同的效果，CBN-SXB小直径球头立铣刀在设计前刀面时采用了负前角结构。4 确定加工条件范围
用R1×5的CBN-SXB小直径球头立铣刀(及硬质合金立铣刀)加工SKD61(HRC50)时(转速20000r/min;直线行切;空冷)的切削条件范围见下表，刀具磨损状态。通过不断增大每齿进给量、切深和行切距离，来确定合适的加工条件范围。铣削SKD61时，在每齿进给量0.05mm、切深0.1mm、行切距离0.1mm的切削条件下，正常加工到硬质合金立铣刀精铣范围。当累计铣削长度达到232m时，硬质合金立铣刀因磨损过大而不得不终止试验;而CBN-SXB的磨损还十分微小，看不到刀尖定位尺寸有任何变化。CBN-SXB的加工条件范围表| 进给量(mm/t) | 0.025 | 0.05 |
|---|
| 切深(mm) | 0.03 | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0.1 |
|---|
| 行切距离(mm) | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0.1 | 0.05 | 0.1 | 0.1 |
|---|
| 累计切削长度(m) | 8 | 16 | 24 | 32 | 40 | 76 | 106 | 116 | 126 | 136 | 232 |
|---|
| 刀具 | CBN-SXB | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
|---|
| 硬质合金铣刀 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
|---|
加工实例
1 超高速铣削SKD61模具钢(HRC50)
用R1×5的CBN-SXB、硬质合金立铣刀以及具有平前刀面和负倒棱的CBN球头立铣刀进行了铣削SKD61(HRC50)的对比试验结果(加工方法：平面铣削；加工机床：立式加工中心；转速：40000r/min；进给量：2400mm/min；切深：aa=0.04mm，pf=0.05mm；冷却方式：空冷)。切削条件为球头中心部分最苛刻的条件。当切削长度达到400m时，已开始出现明显差别：CBN-SXB的后刀面磨损宽度仅为涂层硬质合金立铣刀的大约一半，约为原有CBN球头立铣刀的2/3;CBN-SXB从外圆到中心部分磨损均匀，而原有CBN球头立铣刀的不同部位磨损不均且磨损较快;CBN-SXN的已加工面进给切痕均匀，表面粗糙度值小，仍可继续切削，可期望获得较长的使用寿命。2 超高速铣削SKH51模具钢(HRC65)
用R1×5的CBN-SXB与其他公司CBN立铣刀进行了铣削SKH51模具钢(HRC65)的对比试验结果。加工简易模具时立铣刀加工面状态的对比。在以Z向切深0.05mm(对CBN立铣刀而言)超高速铣削SKH51模具钢时，与其他公司产品的差异显而易见：铣削长度达到约320m后，CBN-SXB的磨损量仅为其他公司CBN刀具的1/3。从加工初期起，硬质合金立铣刀加工面的挤裂现象清晰可见;而CBN-SXB的加工面平整光洁，表面粗糙度值达到Ra1-2μm。由此可见，CBN-SXB的优势不仅表现在刀具寿命长，而且可以大幅度缩短后序加工时间。3 稳定加工SKD61模具钢(HRC53)
用3把R0.5×2.5的CBN-SXB以0.02mm切深铣削加工SKD61模具钢获得的刀具磨损结果。在切削长度达到250m时，3把刀具的磨损曲线几乎重合，这就表明，采用螺旋切削刃的CBN-SXB能够获得分散性极小、稳定的刀具使用寿命。CBN-SXB小直径超级球头立铣刀在淬硬模具钢的高速精加工中，其使用寿命可达涂层硬质合金球头立铣刀的10倍以上。可以期望，此类刀具能胜任长时间连续的高精度模具铣削加工。为了充分发挥此类刀具的切削性能，还应注意机床温度变化和加工路径对主轴伸缩的影响。今后，需要在进一步确认小直径CBN立铣刀在各种条件下加工高硬度模具的优越性的同时，攻克实际使用中的各种难题，以适应市场需求。
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