刀具和模具的硬銑削加工

             通常，人們稱加工硬度超過56HRC，或者強度超過Rm>2,000牛頓/平方毫米的鋼鐵材料為硬切削加工。多數(shù)情況下，制�；蛘咤懩Ｔ陬A加工之后，要經(jīng)過滲碳或者淬火。在預加工后，必須預留一定的精加工余量。尤其是加工帶有球面或環(huán)面形狀的工件時，硬銑削更顯重要。硬銑削可切削硬度至70HRC的材料，所要求的表面粗糙度通常只有借助于手工拋光才能達到。這是一道很昂貴的加工工序。為了縮短手工拋光所需的時間，必須在銑削時利用具有確定幾何形狀的刀刃。如在HSC加工中，使表面接近于拋光表面的粗糙度：最大為Rz1的表面質量。
            市場上通用的硬金屬銑刀不適合在這個范圍內切削。解決硬材料的銑削問題，必須滿足一些先決條件。例如，一個解決方案是，使用由特種硬質合金基體材料制成的、具有獨特的幾何形狀和相應的涂層的Horn DS銑刀。這意味著刀具必須具備這三個重要要素。在刀具的制造過程中，必須特別注意這些要素之間的平衡。 
硬質合金 
           硬質合金材料主要是由碳化鎢和鈷通過粉末冶金制成。其基體的耐磨強度隨硬度增加而提高。銑削表面硬度超過56HRC的工件時，只能使用鈷含量<10%和顆粒直徑小于0.7mm的硬質合金制成的刀具。常規(guī)的ISO K-M或P類硬質合金刀具不適用于切削更高強度的材料。具有最細的和超微粉粒度的硬質合金，因其硬度、極限強度和韌性高，明顯比常規(guī)的硬質合金更加適用。 
幾何形狀 
           在已使用的硬質合金銑刀中，只有極少數(shù)可用于硬銑削加工。從機械加工角度來看，銑刀的諸多因素對硬銑削起著決定性的作用。屬于銑刀幾何形狀的因素有：在微米范圍內加工的準確度和精密度，Horn DS銑刀刀桿必須達到h5的質量等級。尤其是在刀具切削刃的圓弧部分和副切削刃的之間的過度處要平滑、無轉折點出現(xiàn)，以達到最大的切削穩(wěn)定性。切削硬工件材料與切削加工傳統(tǒng)的軟材料大不相同，因此對硬銑削加工刀具必須設計合適的前角、后角和楔角。硬切削加工所用的DS型球面、環(huán)面和微型銑刀，只能設計成雙刃結構型式。球面銑刀的兩個主切削刃必須光滑而無過渡段。依據(jù)工件材料和硬度，硬切削銑刀橫向進給量最大為ap=0.2毫米。在此時，四刃銑刀只有兩個刃在進行切削加工。
涂層 
             約3mm厚的硬涂層可防止硬質合金的直接磨損。事實證明，TiAlN涂層在最高溫度為800℃~ 1,000℃時應用效果良好。與未涂層的硬質合金刀具相比，增加硬涂層可提高刀具的表面硬度，并可明顯地降低摩擦系數(shù)。涂層的重要性在三種要素—硬質合金、幾何形狀和涂層中與其它要素同等重要。因為它與被切削的工件材料直接接觸，因此必須滿足其特殊要求。
刀柄 
            為了達到最佳的使用效果，如為使Horn DS銑刀獲得滿意的加工效果，必需選用合適的刀柄。每1mm的徑向跳動都會降低銑刀的耐用度，并會削弱其使用性能。帶槽的刀柄或者萬能彈簧卡頭，由于它的徑向跳動較大而不適用于硬銑削，使用液壓膨脹襯墊或者收縮襯墊能獲得最佳效果。這就是在刀具和模具制中要使用Horn刀具，而Horn刀具按照DIN 6535 HA標準，都無一例外地設計成直圓柱形結構型式的原因。追加的夾緊面會破壞刀具的精度，并影響其使用性能。
切削
          通常，采用HSC加工才有可能對硬度超過56HRC的工件進行切削。對此，其限制條件是切削速度和溫度的綜合作用。對于HSC而言，必須在合適的切削速度下測試工件材料的熔點。通常工件材料的熔點高于涂層的最高允許的溫度，所以必須小心謹慎。在此最好的警句是“保持刀具冷卻”。 這意味著一方面與工件的接觸區(qū)必須盡可能小，另一方面必須在確定的速度中完成切削加工，使切削刃來不及發(fā)熱到超過涂層所允許的溫度。正確檢測轉速尤其重要。為此，必須以實際有效的刀具直徑為基礎。在橫向進給量ap=0.1毫米的情況下，直徑為6毫米的球頭銑刀，實際有效直徑為1.54毫米。為了使切削速度達到200米/分鐘，轉速必需達到41,000轉/分鐘。
            加工時產(chǎn)生的切屑和隨切屑所帶有的熱量必須盡快排除。最佳的方法是通過主軸直接向切削刃吹壓縮空氣。按照工件材料不同，壓縮空氣可夾帶少量潤滑油。如圖4所示，材料為1.2343、硬度為56 HRC的工件，利用少量潤滑油能加工出更好的表面質量，因為切屑不會粘附在切削刃上。對于硬切削加工而言，絕對不能使用乳化液。只是一滴水就可能引起溫度突變，并會使刀具分解為單一成分。由于溫度突變所引起的硬質合金的微小裂紋，將會導致切削刃開裂。在HSC加工情況下，根據(jù)刀具直徑和轉速的不同，這些碎片可能具有相當于從輕武器中射出的子彈的能量。
應用 
           最早為石墨切削而開發(fā)的HSC銑削，不僅意味著高轉速和大進給量，而且在眾多因素的共同作用下，其應用范圍不斷擴大。 論述對機床的要求已超出本文所談及的范圍。硬銑削的功率在很大程度上決定于所使用的機床�？偠�言之，硬切削的概念是和高速機械加工分不開的。