模具加工刀具材料選擇的思量(上)

    為加工模具和模板選擇最有利的加工材料和工具本身的設(shè)計(jì)一樣重要，因?yàn)椴牧仙婕肮ぞ叩目杉庸ば�、硬度和期望的表面光潔度。模具和模板中的新材料、材料硬化的新涂料、預(yù)硬化處理材料和混合材料的使用等等讓制造工程師在最佳切割工具的選擇上感到莫衷一是。 

    新的硬質(zhì)合金球刀，尤其是銑法中使用的球刀，已經(jīng)改進(jìn)了其快速并有效地敷設(shè)模槽、進(jìn)行模具削方、勾邊以及仿形切削和精加工的能力。能夠使用大范圍不同刀片幾何圖形的多功能銑刀的發(fā)展現(xiàn)在允許所有類型的銑加工由一個(gè)刀片來完成——這樣能夠獲得更大的靈活性，降低成本。 

    一些新的定型銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)甚至允許用戶只改變不同長度調(diào)節(jié)器刀柄來提供通用性，再加上利用感應(yīng)加熱、夾具及收縮安裝切割工具等性能優(yōu)點(diǎn)的新“收縮配合”夾具技術(shù)，深槽工具的同心度和剛性被大大地改善了。這些改進(jìn)措施給模具制造商提供了比以前能夠獲得的更好的金屬切割選擇范圍。這里的選項(xiàng)非常多，比如，碳化物刀片制造商擁有20多種不同的碳化物刀片基底，這些碳化物基底能夠涂上鈦氮化物（TiN）、鈦碳氮化物（TiCN）、鈦碳化物（TiC）、鋁氧化物（Al2O3）、鋯碳氮化物（ZrCN）、鈦鋁氮化物（TiAIN）或者鋁鈦氮化物等。這些涂料單獨(dú)涂敷，也可以通過物理涂敷工藝（PVD）或者化學(xué)涂敷工藝（CVD）或者允許涂敷70%超薄層的多層CVD工藝混合涂敷。 

    涂料確實(shí)在很大程度上改善了磨損阻力、增加了工具壽命并使更高的速度和進(jìn)料成為可能。PVD和CVD涂料因涂敷的工藝溫度不同而有區(qū)別。PVD工藝是一種低溫工藝，它提供摩擦系數(shù)很低的更精細(xì)的斷裂阻力涂料顆粒結(jié)構(gòu)。因此，有PVD涂層的刀片刃口更鋒利。 

    現(xiàn)在，在這個(gè)選擇清單中又增加了幾種陶瓷材料，這時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)倪x擇實(shí)際上是多么困難。因此，首先考慮在什么地方為什么發(fā)生了刀片故障以及加工不同模具材料一些的一些基本要求，這些可以為具體刀片類型的選擇作出參考。 

    故障分析 

    模具制造中所使用的切割工具刀片主要的故障情況是熱斷裂，然后是裂縫周圍的腐蝕、軋件材料（與焊接在工具刀片邊上的材料相似）的堆積，最后是邊碎裂。軋件材料像H11、H13、D2和A2工具鋼容易導(dǎo)致熱斷裂和工具邊的碎裂。 

    機(jī)加工過程中使用冷卻劑和高給料速度增強(qiáng)了熱斷裂。傳統(tǒng)的CVD涂層碳化物工具通常只局限于對付熱斷裂阻力。傳統(tǒng)的CVD涂料像TiC、TiCN和TiN能提供有限的熱阻隔性能但是卻有高穩(wěn)定性、抗氧化和抗化學(xué)物的性能。Al2O3或者AlO3/ZrO2合成氧化物涂料可以提供增強(qiáng)了的化學(xué)抗磨損能力以及隔熱保護(hù)能力。這些類型的涂料的不利面是它們有限的斷裂韌度特性。通常抗拉應(yīng)力在高溫（～1000℃）CVD涂料中較高。 

    在和氧化物涂層結(jié)合使用時(shí)，中溫（～850℃）多層MTCVD涂料像TiCN或者ZrCN 的抗拉應(yīng)力較小并且更適合于綜合斷裂韌度、抗磨蝕阻力、抗化學(xué)物磨損和抗熱斷裂等性能。 
    在過去的5年中，使用以TiAIN合成物為基礎(chǔ)的PVD涂料有很多好處。這些類型PVD涂料的高抗氧化性能、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱硬度和增強(qiáng)了的隔熱性能促進(jìn)了其在高速（1,000-1,500sfm）機(jī)加工領(lǐng)域的使用。毫無疑問，使用PVD TiAIN涂料提高了機(jī)加工的生產(chǎn)率。