一方面,机床主轴的高速旋转以及进给速度和加速度的相应提高可以直接缩短加工时间h13。另一方面,高速切削具有激振频率极高、运行平稳、振动小等优点,有利于提高表面质量,即高速切削可作为模具和结构件的更终加工,通过“以切代磨”或“以切代放”(即, 耗时低效不需要)工件也可以先淬火后切割,硬度高达65HRC的材料可以直接高速切割到更终尺寸。
常用可硬化模具钢和用于高速切削的端铣刀。
1普通塑料模具钢热加工钢
表1几种常用塑料模具钢热加工钢
商品名称-标准-特性和用途-表面硬度
瑞典S136S316H――AISI420ESR――耐酸、无腐蚀、高耐磨、热处理后尺寸变化小;适用于PVC,PP,EP,PC和PMMA塑料模具。经过高温回火后,可作为镜面塑料模具使用,抛光度高——低温回火HRC 50 ~ 55,高温回火HRC 34 ~ 38。
萨尔斯塔尔(SSE)GS 2344 EFS;GS2344ESR――AISIH13――优异的红硬性、高温冲击强度、高温耐磨性和抗热震开裂性,可用作挤压、压铸、热锻和高温冲压工具――在180 ~ 300℃硬化至HRC52。
LKM2311LKM2312――AISIP20――硬度均匀,加工性好,型芯韧性好,可用作预硬塑料模具―― HRC 53 ~ 36。
Daidonak 80-AISIP 21改性ESR-变形小,易于研磨抛光,长期使用后能保持高精度,供货时可作为高硬度高镜面模具-HRC 37 ~ 41,可淬硬至HRC60左右。
2高速切削淬硬钢常用立铣刀
本文主要讨论用于高速切削的整体硬质合金PVD涂层立铣刀(其它能切削淬硬钢的刀具,如CBN和陶瓷刀具,不是本文的重点)。
(1)刀具涂层:可用于高速切削淬硬钢的刀具涂层主要有(Ti,Al)N或(Ti,C)N,刀具基体为超细硬质合金。
(2)铣刀的主要形式:用于高速切削淬硬钢的整体立铣刀的主要形式有常规二刃和多刃球头立铣刀、长颈球头立铣刀、二刃圆锥球头立铣刀、二刃圆头平底铣刀、长颈圆头平底铣刀、二刃直角平底铣刀和多刃直角平底铣刀。
加工淬火钢的高速端铣刀的工艺性
①直径0.2 ~ 6mm二刃直角平底立铣刀:常用于开槽。当工件硬度小于HRC45时,轴向切削深度不大于0.1D(刀具直径D小于2mm) ~ 0.2d (D大于2mm);当工件硬度大于HRC45时,对应的刀具直径D分别小于0.5mm、小于2mm和大于2mm,轴向切削深度分别不大于0.02D、0.05D和0.1D。
②直径1 ~ 6mm的四刃直角平底立铣刀:常用于侧面精加工。工件硬度小于HRC45时,轴向切削深度不大于1.5D,径向切削深度不大于0.1D(刀径D小于3mm) ~ 0.2d(刀径D大于4mm);当工件硬度大于HRC45时,轴向切削深度不大于刀具直径d,径向切削深度不大于0.05D
③ R0.1 ~ 3mm2刃球头铣刀:常用于表面精加工。轴向深度不大于0.1R,径向深度为0.2 ~ 0.4r..
高速加工时,上述刀具的切削速度和进给速度随工件硬度和刀具直径的变化而变化:随着工件硬度的增加,刀具转速尤其是进给速度降低;随着刀具直径的增大,刀具的速度降低,但线速度相对较高。h13钢多少钱一公斤,进给速度相应增加(见表2)。
表2推荐的切割条件
双刃球头铣刀;
当工件硬度小于45HRC时;R1-R2-R3:转速(r/min):35000-25000-20000;进给速度(毫米/分钟):1200-1800-2200。
当工件硬度为45 ~ 45~55HRC: R1-R2-R3:转速(r/min):25000-17000-13000;进给速度(毫米/分钟):800-900-1000
双刃直角平端铣刀;
当工件硬度小于< 45HRC时,直径为0.5mm-2mm-6mm-6mm,转速(r/min)为40000-10000-3500;进给速度(毫米/分钟):240-400-400。
当工件硬度为45-45~55HRC,直径为0.5 mm-2 mm-6 mm,转速(r/min)为30000-8000-2700;进给速度(毫米/分钟):120-120-120。
四刃直角平底立铣刀;
当工件硬度小于< 45HRC,直径为1 mm-3 mm-6 mm,转速(r/min)为12000-5300-3200;进给速度(毫米/分钟):100-200-360。
当工件硬度为45-45~55HRC,直径为1 mm-3 mm-6 mm,转速(r/min)为8900-3200-2000;进给速度(毫米/分钟):45-85-150。
淬硬钢高速铣削的经济性
大刀具直径的(Ti,Al)N涂层硬质合金立铣刀在高速加工淬硬材料时强度基本能满足要求,但在用小直径刀具高速加工窄槽时,铣刀容易折断脆性大的h13钢。由于(Ti,Al)N涂层硬质合金立铣刀磨损后不能重磨,刀具成本高。在一些模具加工中使用时,刀具成本甚至占到模具制造总成本的12%左右。
据分析,传统方法加工型腔模具的成本分配大致如下:粗加工占12%,半精加工和精加工分别占25%,后续手工打磨占16%,调试占22%。高速铣削方法可以大大提高精加工效率,取消或减少后续的手工磨削工序;如果采用粗加工和精加工在同一台机器上“一次通过”的工艺,甚至可以大大缩短粗加工和半精加工的时间(比电火花加工快得多)。
处理示例:
②HSM400加工中心采用“粗精加工一步法”加工注塑模具(HRC54),总加工时间为468分钟。粗加工采用4 ~ 6刃粗铣刀(直径2 ~ 8 mm),转速20000 ~ 8000 r/min,进给速度1500 ~ 2600mm/min;双刃球头立铣刀(直径0.8 ~ 1.5 mm)用于半精铣和精铣,转速36000 r/min,进给速度1000 ~ 1600mm/min。
(3)表3给出了三菱神钢(神钢)小直径超硬涂层立铣刀的应用实例。
表3 3 mitsubishimstar小直径超硬涂层立铣刀应用实例
工具-工件-工艺特性-切削条件-加工效果
2刃球头立铣刀(r 1.5mm)-热锻模具,材料SKD 61(HRC 47)-半精加工和精加工深度0.05 ~ 0.1mm-切削速度:94m/min,进给量:0.1mm/齿,转速:10000r/min,进给速度:20。
4刃直角端铣刀(直径6mm)-塑料模具,S55c-模具型腔侧面精加工,切削深度0.6×6mm-切削速度:50m/min,进给量:0.25mm/齿,转速:2650r/min,进给速度:212mm/min,干切削-加工。
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