金剛石刀具的制造方法研究(下)

    模具材料  

    因為銑削法是模具機加工的主要部分，最好把注意力集中在目前常用的模具材料上。此外，就碳化物級別和涂料來說，多數(shù)碳化物刀片制造商的產(chǎn)品相似，因此本質(zhì)上是通用的。  

    鋁  

    對于塑料成型行業(yè)中的某些部分來說，鋁是優(yōu)先選擇的模具材料。其金屬切削率可以比機器鋼快8～10倍。近幾年，鋁生產(chǎn)商已經(jīng)開發(fā)出了更好的高強度材料，其硬度特性范圍在158～168布里涅耳之間。在鋁上很難加工出非常光滑的表面，因此，完成工序階段拋光操作就變得比較重要。  

    通常，銑削鋁要求粗加工的碳化物級別為C2，精加工碳化物級別為C3。這些是中粒通用目的的銑削級別，這里中粒在要求銳邊的粗加工和精加工應(yīng)用中有著非常優(yōu)秀的抗磨損性能。每齒走刀量在.004-.014之間時可以獲得700-2000sfm。此外，金屬陶瓷級別用于要求好的邊緣韌力和潤滑性的鍛鋁材料是比較理想的。采用這些級別的陶瓷刀片可以獲得1500-2500sfm。對于立銑刀和平面銑刀來說，每齒走刀量一般在.006-.014之間。刀片設(shè)計有一個良好的正刀面角以保證碎片盡可能快地離開刃口。  

    多數(shù)情況下，唯一的要求是無涂層的碳化物級別。鋁很容易切割，提高抗磨壽命使用任何涂料帶來的額外費用通常是很難證明是合算的。  

    然而，在作高速機加工時，可以選擇使用多晶金剛石硬焊接的PCD刀片，因為它有優(yōu)秀的表面光潔度，這種光潔度能夠在速度提高時產(chǎn)生。  

    鈹銅  

    就熱傳導(dǎo)率特性來講，銅基合金材料模具能給模具制造商帶來很多好處。它們還有從10到40Rc的硬度級別，幾乎是鋁的兩倍。然而，適用于機加工鋁的碳化物級別C2在這里也同樣適用。建議的粗加工和精加工走刀量和速度都稍微有些少。在330-660sfm之間是比較現(xiàn)實的，每齒走刀量在.003-.008in之間。另一方面，建議刀片設(shè)計的正前角最少為7度。  

    P20工具和模具鋼  

    P20是一種常用的模具鋼，它通常是鉻、鎳和鉬合金。它一般是用大約32Rc的均勻硬度經(jīng)過淬火和回火處理。采用P20鋼可以獲得非常光滑的表面光潔度。可是，根據(jù)機加工變量和期望的表面光潔度，可使用的刀片級別和涂料種類是可以擴(kuò)展的。某種涂層刀片或者金屬陶瓷因為能夠獲得更高的走刀量可能是最好的解決方法。對粗加工，建議使用C5和C6碳化物級別，精加工建議使用C6和C7級別。要求碳化物基底的沖擊韌性要好——一種兼有TiN涂層CVD的潤滑性和TiN/TiCN/ Al2O3/TiN涂層的多層CVD的抗磨損性的基底。還可以使用TiC/TiCN金屬陶瓷，因為它有很好的邊緣韌力。粗加工可以獲得300-600sfm之間的機加工速度，精加工可以獲得250-625sfm之間的機加工速度。  

    使用不同的涂料，每齒的走刀量可以在.005-.008in之間。使用無涂層碳化物材料也能夠成功，這些材料的邊緣韌力和抗沖擊強度較好�？墒牵�要求更低的機加工速度在今天真的是不現(xiàn)實了。  

    應(yīng)該指出的是：更硬的工具鋼——比如那些超過45Rc的——今天仍在使用，這都是為了能夠生成更好的表面光潔度并消除所有拋光作業(yè)。試著使用那些加工P20鋼并做走刀量和速度試驗的切割工具刀片會是一個很好的開端。  

    不銹鋼系列  

    這些包括所有400系列不銹鋼。通常，這些不銹鋼的硬度范圍在50-56Rc之間。這里要求的重型碳化物基底要好。CVD涂料TiC/TiCN/TiN或者TiN/TiCN/ Al2O3/TiN刀片運行良好。此外，PVD涂料TiN與Ti-TiCN涂層金屬陶瓷一樣有效。照例，都是沖著速度而來。使用CVD涂料能夠運行的更快，當(dāng)然陶瓷金屬是最快的——特征是粗加工從360～650sfm，精加工從400～850sfm。每齒在.004～.012in之間時，每齒的走刀量相當(dāng)穩(wěn)定。  

    高溫合金  

    為了延長模具壽命，模具制造商繼續(xù)在做更硬的鎳基和鈷基模型材料試驗。這些材料的易加工性一直是一個不利因素。它們非常堅硬，有時硬度達(dá)到57Rc。通常，含鋁量高的新AlTiN涂料非常有效，因為它們的硬度和氧化穩(wěn)定性更高。涂料的涂敷采用一種獨特的濺射離子工藝，它能澆注一層很厚而且很均勻的涂層。涂層起絕熱層的作用，它把產(chǎn)生的熱量傳到碎片上，而不是刀片上。粗加工速度在80～115sfm之間，精加工速度為90sfm。每齒走刀量在.004～.012in之間。金剛石涂料尚在開發(fā)階段，但是最后也將成為一個選項，它將使這些高溫合金材料的機加工更加有效。  

    結(jié)論  

    在模具制造商繼續(xù)使用不同模具材料來優(yōu)化造型工藝的過程中，這些材料的可加工性和金屬切割工藝的經(jīng)濟(jì)性也是不斷變化的。切割工具刀片制造商將繼續(xù)開發(fā)新的材料、涂料和工藝來改善這些切割工具的抗磨損性能和工具壽命。在使用PVD TiAIN涂料新的微型碳化物級別（<0.4mm）中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這種情況，這種涂料是針對機加工預(yù)硬化處理硬度在54Rc之上的鋼材的。此外，為了增加經(jīng)濟(jì)效益并適應(yīng)環(huán)保要求，有一種朝向干切割加工發(fā)展的趨勢。就干切割應(yīng)用要求的改善熱能管理、潤滑、低摩擦系數(shù)和碎屑去除等問題而言，涂料將發(fā)揮關(guān)鍵的作用。比如，一種ZrO2涂料在干式機加工中非常有效，因為其斷裂強度很高而摩擦系數(shù)很低。  

    多數(shù)情況下，永遠(yuǎn)不會有一種切割工具刀片解決方案是萬能的。就不同的機器、不同冷卻劑、速度和走刀量以及機加工環(huán)境來說，有太多太多的變量，最終的選擇權(quán)利在你。