高速加工機床（chuáng）及其刀具技術的最新發展使得（dé）在模具和零件製造領域實現“以切代（dài）磨”成為可能，用超硬刀具高（gāo）速切（qiē）削（xuē）淬硬（yìng）模具（jù）鋼等難加工材料已得到越來越廣泛的應用。由於模具或零件的高速切（qiē）削加工可免除磨削或拋光等後續工序，因此精加工時如何保證工件最終表麵（miàn）質量同時將加工成本控（kòng）製在可接受範圍之內是研究人員關注的重要問題。本文在調查的基礎上分析了用於高速銑削淬硬模具鋼（gāng）的整體硬質合金（jīn）塗層（céng）立（lì）銑刀的切（qiē）削性能和經濟性，並給出了部分（fèn）應用（yòng）實例。

　　1.引言

　　高（gāo）速切削加工(high-speed cutting, HSC)是先進製造技術的一個重（chóng）要（yào）組成部分，其主要優點是可實現加工的高（gāo）效率和高品質。近年來高速切（qiē）削加工技術在世界主要經濟發達國（guó）家(如德、英、美、意、日等（děng）)發展迅猛，這些國家生產的高速切削加工機床及輔、配、軟、硬（yìng）件幾乎每年都（dōu）以一個新台階的速度更新換代，目前所能達到的性能指標（biāo）已是令人瞠（chēng）目。Micron、Jobs、Haas、Fpt、Dmg等（děng）世界著名機床公司近年來大力發展的快速更換主軸頭技（jì）術使同一台機床能適應多種負（fù）載和速度要求(即所謂粗精加工同機“一次過”)，在（zài）工件的定位、安裝、傳（chuán）輸等環節可節約大量的非加工時間。

　　機床主軸的高速旋轉（zhuǎn）以及進給（gěi）速度（dù）、加速度的相（xiàng）應提高，一方麵可直接縮短加工時間，另（lìng）一方麵還因高速切削具有激振頻率（lǜ）特別高、工（gōng）作平穩、振動小的優勢而有（yǒu）利於提高加工表麵質量，即高（gāo）速切削加工可作為模（mó）具（jù）和結構零件的最終加工，通過“以切代磨”或（huò）“以切代放電”來（lái）提高加工效率和加工（gōng）質量(即勿需進行費時低（dī）效的後續磨削工序、模具電極電火花加工)；工件還可先淬火後切削，直接將（jiāng）硬（yìng）度高達65HRC的材料高速切削加工（gōng）至最終尺寸。

　　高速切削加工的實現除需高速機床外還需配（pèi）備適宜高速切削的刀具。根據2002年廣東（dōng）省國際模具高速加工技術研討會上（shàng）Micron、Jobs、肯納飛碩等公司的特邀報（bào）告，近年來德國SGS、日本（běn）三菱(神鋼)及住友、瑞士（shì）山特維克、美（měi）國（guó）肯納飛碩等國（guó）外著名刀具公司都先後推出了各自的高速切削刀具，不僅有高速切削（xuē）普通結（jié）構鋼的刀具，還有能直接高速切削淬硬鋼（gāng）的陶瓷刀具等超（chāo）硬刀具，尤其（qí）是（shì）塗層刀（dāo）具異軍突起，在淬硬鋼的半精（jīng）加工和（hé）精（jīng）加工中發揮著巨大（dà）作用。

　　近年來我國(尤其華（huá）南地（dì）區)製造業發（fā）展迅速，模具（jù）和汽（qì）車、摩托車製造業發達，擁有高速（sù）切削機床（chuáng）的企業（yè）不斷增多。然而，與高速切削機床和刀具技（jì）術的快速發展相比，這些企（qǐ）業在高（gāo）速切削工藝、檢測及應用軟件等方麵的技術還比較落後，與硬件不能配套，致使不少廠家進口的（de）先進設備根本（běn）沒有發揮其應有（yǒu）作用。一方麵，主軸轉速可達數萬轉的高速機床卻一直隻在幾千轉水平（píng）運行（háng），具有高速精加工的條件（jiàn）卻（què）隻用於粗加工和（hé）半精加工，可切削高硬材料的機床和刀具卻隻用來切削普通材料；另一方麵，因工件材料與刀具（jù）、工藝配伍不當造成加工成本高昂甚（shèn）至質量事故也時有發生。為了推廣高速切削加工技術的發展，幫助企業合理應用高速切削加工設備與技術，很有必要對高速切削加工的工藝性與經濟性問題進行深入探討。

　　2.常用可（kě）淬硬模具鋼（gāng）及（jí）高速切削用立（lì）銑刀

　　2.1常用塑膠模具（jù）鋼和熱作鋼

　　市場上常見的模具淬硬鋼多用於製造塑（sù）膠（jiāo）模和鍛造、壓鑄型腔模，主（zhǔ）要供應商有瑞典一勝百(ASSAB)、香港龍記(LUNG KEE)、德國撒（sā）斯特(SAARSTAHIL)、日本大同(DAIDO)等公司（sī）。表1列（liè）出了部分塑膠模具鋼和熱作鋼的品名與性能。傳統的模具鋼加（jiā）工方法是（shì）先銑削後淬硬再磨拋，而用高速切削（xuē）加工則可粗銑後淬硬再精銑，甚至可實現粗精銑（xǐ）同機一次完成。

  
      ASSAB S136；S316H――AISI 420ESR――防酸不鏽蝕，耐磨性高，熱處理尺寸變化小；適（shì）合於PVC、PP、EP、PC、PMMA塑膠模具（jù），高（gāo）溫回火（huǒ）後（hòu）可作高拋光度鏡麵塑膠模――低（dī）溫回（huí）火HRC50～55，高溫回火（huǒ）HRC34～38SAARSTAHL(SSE)GS2344EFS；GS2344ESR――AISI H13――優良（liáng）的紅硬性、高溫衝擊強度、高溫耐磨性和抗熱衝擊龜裂性，可作擠壓、壓鑄、熱鍛和高溫衝裁工具――180～300℃淬硬至（zhì）HRC52LKM2311；LKM2312――AISI P20――硬度均勻，加工性能良好，芯部韌性（xìng）好（hǎo），可作高級預（yù）硬塑膠模――HRC53～36DAIDO NAK80――AISI P21 modified ESR――變形小，易研磨拋光，長期使用可維持高精度，可用作高（gāo）硬度高鏡麵模具――供貨時HRC37～41，可淬硬至約（yuē）HRC60

　　2.2高速切削淬硬鋼常用（yòng）立銑刀

　　本文主要討論用於（yú）高（gāo）速切削的整（zhěng）體硬質合金PVD塗層立銑刀(可切（qiē）削硬（yìng）化鋼的其它刀具如CBN和陶瓷刀具等不是本文研究重點)。

　　(1)刀具塗層：能用於高速切削（xuē）淬硬鋼的刀具塗層主要有(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：用於高速切削淬硬鋼的整體立銑刀主要形式有常規2刃（rèn）和多刃球頭刀、長頸球（qiú）頭刀、2刃錐麵（miàn）球頭（tóu）刀、2刃帶圓弧（hú）頭平底刀、長頸帶圓弧頭（tóu）平底刀、2刃直角平（píng）底刀和多（duō）刃直（zhí）角（jiǎo）平底刀等。

　　在我國市場上淬硬鋼常用立銑刀的（de）主要供應商有：日本神鋼（gāng）(KOBELCO)、日本三菱(MITSUBUSHI)，日本UNIMAX、日本日立(HITACHI)、日（rì）本住友(SUMITOMO ELECTRIC)、德國SGS、美國肯那飛碩（shuò）(KENNAMITAL)以及韓國和以（yǐ）色列的塗層刀（dāo）具廠商，國內企業也推出了正在開發試用的產品。

      3.加工淬硬鋼（gāng）用高速立（lì）銑刀的工藝性

　　本文以三菱公司（sī）幾款(Ti,Al)N超硬塗層整（zhěng）體（tǐ）硬質合金精加工立銑刀為例，介紹高速立銑刀的切削性能和工藝（yì）參數。對這（zhè）些（xiē）刀具均推薦采用幹切削(空氣冷卻)和順銑工藝。

　　①直徑0.2～6mm 2刃直角平底立銑刀：常用於（yú）切溝槽。工件（jiàn）硬度小於HRC45時，軸向（xiàng）切（qiē）深不大（dà）於0.1D(刀徑D小（xiǎo）於2mm)～0.2D(D大於2mm)；工件硬度大（dà）於HRC45時，對應於刀徑D小於0.5mm、小於2mm和2mm以上（shàng），軸向切深分別不大於0.02D、0.05D和0.1D。②直徑1～6mm 4刃直角平底立（lì）銑刀：常用於側麵精加工。工件硬度小於HRC45時，軸向切深（shēn）不大於（yú）1.5D，徑向切深不大於0.1D(刀徑D小於3mm)～0.2D(刀徑D大於4mm)；工件硬度大於（yú）HRC45時，軸向切深不大（dà）於刀徑D，徑向切深不大於0.05D。③R0.1～3mm 2刃球頭立銑刀：常用於曲麵（miàn）精加工。軸向切深不大於0.1R，徑向切（qiē）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（dāo）徑不同而變（biàn）化：隨著工件硬度增大（dà），刀具的轉速尤其是進給（gěi）速度（dù）降低；隨著刀徑增大，刀具的轉（zhuǎn）速降（jiàng）低但線速度相對較高，進給速度也相應增大。

　　推（tuī）薦切削條件

　　2刃球（qiú）頭立銑刀：工件（jiàn）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)：800-900-10002刃直角平（píng）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（gěi）量(mm/min)：240-400-400工件硬度45～55HRC時：直（zhí）徑（jìng）0.5mm-2mm-6mm：轉速(r/min)：30000-8000-2700；進給量(mm/min)：120-120-1204刃直角（jiǎo）平底立（lì）銑刀:工件硬度＜45HRC時：直徑1mm-3mm-6mm：轉速(r/min)：12000-5300-3200；進給（gěi）量(mm/min)：100-200-360工件硬度45～55HRC時：直徑1mm-3mm-6mm：轉速（sù）(r/min)：8900-3200-2000；進給量(mm/min)：45-85-150

　 　4.淬（cuì）硬鋼高速銑削的經（jīng）濟性

　　目前不同廠商生產的(Ti,Al)N塗層硬質合金立（lì）銑刀（dāo）其切削性能有較大差異，市（shì）場價格也有很大不同(與其（qí）它塗層刀具相（xiàng）比，其價格都比較貴)。直徑2mm以下的小直徑立銑刀售（shòu）價為100～400元/支（zhī），直徑（jìng）4～φ8mm立銑刀售（shòu）價約為200～700元/支。通常隨著刀具（jù）直徑的增大，銑（xǐ）刀價格也升高(銑刀最大（dà）直徑可達20mm)。

　　刀徑較大的(Ti,Al)N塗層硬質合金立銑刀高速加工淬硬（yìng）材料時（shí）其強度基本可滿足要求，但用小直徑刀具高速（sù）加工窄槽時銑刀則易斷易（yì）損。由（yóu）於(Ti,Al)N塗層硬質合金立銑刀磨損後一般不能進行重磨（mó），因此刀具成本較高；在用於某些模具加工時，刀具成本（běn）甚至占到模具總製造成本的（de）12%左右（yòu）。

　　用高速銑削法加（jiā）工模具可能帶來的優點有：節省加工時（shí）間，減（jiǎn）少加工工序，提高（gāo）生產率，降低加工成本，改（gǎi）善加工（gōng）質（zhì）量。

　　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%，後（hòu）續（xù）手工修磨占16%，調試占22%。而采用高速銑削法，可大（dà）大提高精加工效率，取消或者減少後續手工修磨工序（xù）；如果采用粗精加工（gōng）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（bǐ）電火花加工快得多)。

　　加工（gōng）實例：

　　①用Mikron(米克朗)公司HSM400加（jiā）工中心采用“粗、精加工一（yī）次（cì）過工藝”加工修枝剪鍛模(HRC52)，總耗時194分鍾（zhōng）(型腔內外粗銑66分（fèn）鍾，球頭刀型腔內外半精銑10分鍾，球頭和平底（dǐ）刀30000r/min高速精銑94分鍾，後續（xù）修整24分鍾)，最終（zhōng）加（jiā）工表麵粗糙度Ra0.5μm。②HSM400加工中（zhōng）心（xīn）采用“粗、精加工一次過（guò）工藝”加工注塑模(HRC54)，總加工（gōng）時間為468分（fèn）鍾。粗加工采用4～6刃粗銑刀(直徑2～8mm)，轉（zhuǎn）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)的小直徑超硬塗層立銑（xǐ）刀使用（yòng）實例。

　　表3 MITSUBISHI MSTAR小直徑（jìng）超（chāo）硬塗層立銑刀使用實例刀具――工件――工藝特性――切削（xuē）條件――加工效果2刃（rèn）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，幹（gàn）切削――每把刀具的壽（shòu）命從原先可（kě）切200m增至近600m4刃（rèn）直（zhí）角立銑刀(直徑6mm)――塑料模，S55C――模（mó）具型腔側（cè）麵（miàn）精（jīng）加工，切深（shēn）0.6×6mm――切速：50m/min，進給：0.04mm/tooth，回轉速度：2650r/min，進給速度：212mm/min，幹切削――加工50m後，後刀麵磨（mó）損高度從原先的0.25mm減小到0.15mm

　　5.結語

　　迅速發展的（de）高速切削加工機床（chuáng）和刀（dāo）具技術使淬硬模具的“粗、精加工同機一次過”工藝的應用成為可能，切削加工可作為淬硬模具和結構零件的最終加工，實現“以切代磨拋”或“以切（qiē）代放電”。因此應用高速銑削加工模具可能帶來節省加工時間、減少加工工序、提高生產率（lǜ）、降（jiàng）低加工成本、改善（shàn）加（jiā）工質量等諸多好處。

　　目前（qián）可用於高速加（jiā）工淬硬模具鋼（gāng）的立銑刀主要（yào）是超細顆粒硬質合金(Ti,Al)N塗層立（lì）銑刀。由於這類（lèi）刀（dāo）具價格比較高，而且因其不可重磨、性脆和使用（yòng）中對受熱均勻的要求較高等，其加工（gōng）工藝（yì）與經濟適應性尚（shàng）需深入探討研（yán）究，以充分發揮高速銑削的優勢。同時，各企（qǐ）業也應根據自身（shēn）具體情況製定適宜的高速（sù）加工技術應用策（cè）略。