高速、高精加工模具用CBN立铣刀

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5 w3 ~# q% N+ \' q# u: T' m7 g, {" S+ N, u- w - M" ~: y; H/ [3 \$ D9 B& C; [9 R4 r, Y' _' s$ c0 a% g4 I' N% F) p0 D$ b8 J, s- c6 Q; t: W6 u- s. d8 \& r5 a8 G4 @ 5 q* w/ h5 W/ a) h- e w 图1 BNBP型CBN立铣刀 图2 两种刀具的切削机理模式 近年来，加工中心机床的高速化极大地促进了模具加工的高速化。早期，高速钢立铣刀是模具加工的主流刀具；当机床主轴转数超过1万转后，涂层硬质合金立铣刀成为主流加工刀具；如今，主轴最高转数达4～6万转的加工中心机床开始普及应用，CBN立铣刀将成为模具加工的主流刀具。下面介绍住友电工超硬材料公司生产的高速、高精度加工模具用BNBP型CBN立铣刀(见图1)。 1 BNBP型CBN立铣刀的特点 BNBP型CBN立铣刀的切削机理与以前的硬质合金立铣刀不同(见图2)。硬质合金立铣刀铣削模具时一般采用锋利的切削刃，而BNBP型CBN立铣刀的切削机理则是采用钝化切削刃，像精密磨削那样进行铣削加工，因此在低速条件下加工时切削抗力较大，难以充分发挥刀具性能，但在高速条件下加工高硬度钢时，不仅可显示出刀具使用寿命长的优势，还能获得高精度的优质加工表面。具有大负前角的切削刃是BNBP型CBN立铣刀具有高抗崩刃性并可获得优良加工表面的重要因素。 ) S/ y7 o7 _: c; N BNBP型CBN立铣刀具有以下优势：①具有接近硬质合金刀具的高抗崩刃性能，能实现高效加工；②能获得高精度的优质加工表面，可大幅度缩短精磨时间；③能胜任高硬度钢模具的高速加工，可大幅度缩短加工时间；④使用寿命超过涂层硬质合金刀具3倍以上，用1把BNBP型CBN立铣刀就能完成模具的精加工；⑤R圆弧精度达±5µm，能实现高精度加工。 & P( S! ~! b& ~7 s4 | 2 BNBP型CBN立铣刀性能对比 图3为分别使用BNBP型CBN立铣刀和其它公司的CBN立铣刀，在同一加工条件下进行铣削后切削刃和已加工面对比。可以发现，其它公司CBN立铣刀的中心切削刃附近已发生崩刃，加工表面有撕裂痕迹；而BNBP型CBN立铣刀的中心刃附近无崩刃现象、磨损也很小，加工表面相当漂亮。比较立铣刀中心切削刃的形状可知，BNBP型CBN立铣刀的中心刃厚度较薄。由于采用了大负前角，即使在中心刃附近也具有足够强度，因此可减小中心刃厚度，从而能获得漂亮的加工表面，防止中心刃崩刃。BNBP型CBN立铣刀采用了大负前角切削刃形状和抗崩刃性能最佳的BN350型CBN材料，因此能实现接近硬质合金高效加工条件的模具铣削加工。   ! m1 b. C8 A* T ^$ _& C! o* w' o' V: m) H0 n 工件材料：SKD11(HRC60)；立铣刀：R1.0，N=20000r/min， F=2000mm/min，Ad=0.05mm，Rd=0.05mm；风冷；切削长度：100m 图3 切削刃磨损和加工表面比较 ! k% k* x% k/ G' s! H 图4为在主轴转数1万转和2万转条件下铣削加工SKD11(HRC60)模具钢时切削刃的照片。以1万转铣削加工时，CBN立铣刀的中心刃部分发生了崩刃，刀具寿命低于硬质合金立铣刀；但以2万转铣削加工时，硬质合金立铣刀的磨损较大，而CBN立铣刀几乎无磨损。模具加工用立铣刀的R精度达到±5µm是很普遍的，但涂层硬质合金立铣刀由于磨损使刀夹位置后退，大大降低了R精度；而CBN立铣刀几乎无磨损，因此能实现R±5µm精度的铣削加工。   ) T& b% B+ P' g: |, ?1 K, ]% T v, o$ L) G( Z | ; a9 h' K3 O9 Z- f) Q5 r: ? 工件材料：SKD11(HRC60)；立铣刀：R1.0， f＝0.05mm/齿，Ad=0.05mm，Pf=0.05mm；风冷；切削长度：100m 图4 不同转数时切削刃损伤形态的变化   1 F) ?$ L+ ]2 a0 r9 E$ O9 l0 _) S/ @ X3 R1 t" P# J0 {4 ?0 G* M + E/ f0 p8 {+ s- x 工件材料：SKD11(HRC60)；立铣刀：R1.0，N=40000r/min，F=4000mm/min，Ad=0.05mm，Pf=0.05mm；油雾冷却 图5 高速加工时后刀面磨损量的比较 . ?& M9 a/ L9 k \; E% j+ t2 m 图6 用BNBP型CBN立铣刀加工模具实例 / y2 k0 ?6 O$ h2 z! @& I5 x 图5为在4万转条件下高速铣削SKD11模具钢时刀具后刀面磨损的变化。与涂层硬质合金立铣刀的后刀面磨损量相比，BNBP型CBN立铣刀的后刀面磨损量极小，几乎可忽略不计。如果将刀具寿命设定为后刀面磨损宽度VB=0.014mm，则CBN立铣刀的寿命是涂层硬质合金立铣刀的10倍左右。加工HRC60硬度等级的淬硬钢时，在1万转条件下加工时，CBN立铣刀的寿命与硬质合金立铣刀相当；但在2万转条件下加工时，CBN立铣刀的寿命是硬质合金立铣刀的3～5倍；在4万转条件下则是硬质合金立铣刀的10倍。由此可见，主轴转数越高，CBN立铣刀与硬质合金立铣刀的寿命之差就越大。CBN立铣刀的价格约为硬质合金立铣刀的3倍，如果在2万转以上进行铣削加工，至少可以实现成本与硬质合金立铣刀相当。由于刀具寿命延长3倍以上，用1把立铣刀就能加工1件模具，可以大幅度缩短磨削工序。如果用BNBP型CBN立铣刀加工硬度不太高的模具材料，则刀具寿命可达到硬质合金立铣刀的30倍以上。 * s6 U7 s ^! n* d Y 3 模具加工实例 * _0 l; D1 m9 K' g+ O 图6为用BNBP型CBN立铣刀加工移动电话零件用模具(切削条件见附表)。粗加工时，Ad=0.1mm对原有的CBN立铣刀来说非常苛刻，而使用BNBP型CBN立铣刀不仅不发生崩刃，而且能实现稳定加工。精加工时，使用R0.3mm的BNBP型CBN立铣刀在36000r/min的高速条件下加工。图6为BNBP型CBN立铣刀和涂层硬质合金立铣刀精加工表面的放大照片。可见，CBN立铣刀的加工面进给刀痕清晰而均匀，而硬质合金立铣刀的加工面刀痕则不是十分清晰和均匀。因此，使用BNBP型CBN立铣刀加工可以大幅度减少后续磨削工作量。   $ k8 O) J3 N& s! r9 U) P( @0 U) N. _" q) U0 }( [1 V3 |- I) }7 C9 h8 s6 W; t9 G) z* c$ l9 ^# h, x8 ^2 H% Y& i* Y6 ]* u$ @7 {7 z) p. v N5 M0 w9 K4 q$ _2 R- F/ ?& B6 [% ^9 n. N; ?5 ^: d2 g8 w4 _( l$ G5 ?) S9 {/ Q2 R6 A5 _" `1 B! A& e( r5 N. b+ D7 n$ U3 M$ j$ W9 Q8 n1 L1 s9 ]8 V$ `) ]0 U, ]; ~4 X$ F8 @6 H" k- p* G1 i8 e& h5 q; O! K6 N* }7 ~# j& h9 j4 Q/ n 表 切削条件 工序 使用刀具 R (mm) 转数 (min) 进给速度 (mm/min) Ad (mm) Pf (mm) 粗加 BNBP2R100-0554 1.0 25000 1500 0.1 0.2 半精加工 BNBP2R050-0254 0.5 25000 1000 0.05 0.1 精加工 BNBP2R030-0124 0.3 36000 500 0.03 0.02   ( _/ M4 o) J+ l7 @. L# h% V3 D! J1 T/ O* f! I+ E& K* O# x* \- ~, | 工件材料：SKD11(HRC60)；立铣刀：R0.3，N＝36000r/min， F=500mm/min，Ad=0.03mm，Pf=0.02mm；油雾冷却；MEGAⅢ加工中心 图7 切削刃磨损和加工表面比较

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