加工高硬钢模具型腔用CBN立铣刀

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

从螺旋形切削刃对立铣刀切削性能及刀具寿命影响的试验结果来看（试验条件：工件材料：SKD61（HRC50）；加工机床：立式加工中心＋高速主轴；刀具：R1的CBN球头立铣刀；转速：40000r/min；进给量：2400mm/min；切深：aa=0.04mm，pf=0.05mm；冷却方式：空冷），采用螺旋刃的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（试验条件：工件材料：SKD61（HRC53）；加工机床：立式加工中心；刀具：R0.3的CBN球头立铣刀；转速：40000r/min；进给量：2400mm/min；切深：aa=0.01mm，pf=0.02mm；冷却方式：油雾），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），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。

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（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（切削速度：250m/min（40000r/min）；进给速度：6000mm/min（0.075mm/t）；切深：aa=0.05mm，pf=0.02mm）。还进行了加工简易模具时立铣刀加工面状态的对比试验（切削速度：250m/min（40000r /min）；进给速度：6000mm/min（0.075mm/t）；切深：aa=0.03mm，pf=0.05mm）。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（切削条件：切削速度：140m/min（45000r/min）；进给速度：2000mm/min（0.022mm/t）；切深：aa=0.01mm，pf=0.02mm）可知，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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