高速加工（HSM）由Salomon發(fā)現(xiàn)至今得到了巨大的發(fā)展和現(xiàn)代企業(yè)的認(rèn)可仇韩，但隨著近幾年研究的不斷深入睁衰，人們發(fā)現(xiàn)Salomon的高速試驗(yàn)曲線在大部分材料的切削過(guò)程中根本無(wú)法獲得，高速加工應(yīng)用成功的領(lǐng)域也僅僅局限于鋁合金塌纯、HRC60以上的預(yù)淬鋼蝴趾、石墨電極等幾種材料的切削加工。在刀具材料沒(méi)有根本性突破前步嘹，這種局面難以被打破虐干。而模具行業(yè)往往需要大去除率加工的材料基本是HRC22～38之間的鋼材和鑄鐵。這些加工一方面要求極大的金屬去除率來(lái)減少占機(jī)時(shí)間肘习，另一方面在大懸伸加工時(shí)要求低的切削振動(dòng)。新型的模具銑刀的設(shè)計(jì)思路是采用新的技術(shù)——高性能切削（HPM）坡倔。

1．模具材料種類(lèi)漂佩、特性簡(jiǎn)介

　　為便于對(duì)后面高效模具加工刀具介紹的理解，有必要對(duì)模具材料及加工方式作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹罪塔。

　⊥恫酢（1）模具類(lèi)型

　　模具主要分為以下幾個(gè)類(lèi)型：大型汽車(chē)外覆蓋件沖壓模具、普通塑膠注塑模具、PVC注塑模具瘩缆、吹塑模具关拒、五金沖壓及板金模具、熱擠壓模具庸娱、熱鍛模具等等着绊。

　　（2）模具材料

　　每種不同的模具以及同一模具的不同部位所采用的材料有相當(dāng)大的差別熟尉，其加工特性也有很大的區(qū)別归露。模具材料的種類(lèi)極為繁多，由于篇幅原因坠街，只介紹與本文相關(guān)的被加工材料种烫。

　　C45W中碳鋼：牌號(hào)為S50C~S55C 45鋼，香港稱(chēng)為王牌鋼墅失，此鋼材的硬度為HB170～220鼻御，模具有70%～80%的加工采用這種鋼材，適用于大多數(shù)加工對(duì)象筑渴。

　　40CrMnMo7預(yù)硬塑膠模具鋼：硬度HRC28～40裙靶，很適合做一些中低價(jià)模具的鑲件，有些大批量生產(chǎn)的模具模架也采用此鋼材稼炉，好處是硬度比中碳鋼高犹喜，變形也比中碳鋼穩(wěn)定，這種鋼在塑膠模具上被廣泛采用草嫉，較為普遍的品牌有718S阎敬、718H、738H症慰、NAK80魄帽、NAK55等，這種鋼材的應(yīng)用占模具的15%～20%左右凯傲，其加工難度大于45鋼犬辰，主要為型芯和型腔加工。

　　fc250-fc350冰单，fcd500-fcd700：材料中添加了Cu幌缝、Ni、Mo等合金诫欠，通過(guò)對(duì)總碳量涵卵、Si、Mn荒叼、P轿偎、S典鸡、Mg等組成元素進(jìn)行控制，在分子結(jié)構(gòu)上由于晶體易于變形坏晦，使之易于馬氏體化萝玷。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)所使用的模具材料主要包括鑄態(tài)和鍛態(tài)兩大類(lèi)昆婿。鑄態(tài)材料常用的牌號(hào)為HT300立骄、鉬鉻鑄鐵、鑄態(tài)風(fēng)冷鋼（7CrSiMnMoV）蔑氛；鑄鐵材質(zhì)主要用于模具基體潘娄，鑄鋼材質(zhì)則用于鑲塊。鍛態(tài)材質(zhì)常用的牌號(hào)為鍛態(tài)風(fēng)冷鋼（7CrSiMnMoV）汇割、Cr12MoV持拐，主要用于制造汽車(chē)外覆蓋件模具。

2．汽車(chē)外覆蓋件模具粗加工用球頭銑刀

　　近年來(lái)恋得，工業(yè)領(lǐng)域使用的刀具產(chǎn)品樣式不斷變化啰哪，且絕大多數(shù)企業(yè)本著降低制造成本的生產(chǎn)理念，要求生產(chǎn)高精度此妙、高品質(zhì)的產(chǎn)品侵宝。這種現(xiàn)象在汽車(chē)行業(yè)加工領(lǐng)域也不例外。針對(duì)客戶(hù)的要求继韵，株鉆刀具技術(shù)公司采取的策略是不斷提高刀具使用壽命以及縮短加工時(shí)間省喝。株鉆公司最新推出了幾種新型高效刀具，在車(chē)門(mén)一死、保險(xiǎn)杠肛度、車(chē)架等零部件的沖壓模加工時(shí)，能夠大大提高刀具使用壽命投慈、降低加工成本承耿。其中BMR03系列刀具就是其中之一。

　　該款刀具適用于汽車(chē)外覆蓋件模具粗加工時(shí)的型面輪廓強(qiáng)力仿形切削伪煤，一般來(lái)說(shuō)加袋，D50、D40的刀具進(jìn)行型面開(kāi)粗抱既，D30的刀具進(jìn)行型面的半精加工和圓弧過(guò)渡面的清根加工职烧，被加工工件的材質(zhì)主要是以上介紹的冷作模具鋼和鉬鉻合金鑄鐵，為了降低成本蝙砌，有些低檔卡車(chē)模具也采用GCr15鋼和灰口鑄鐵阳堕，甚至采用A3鋼堆焊的毛坯生產(chǎn)。因此要求該刀具有極高的綜合切削性能：（1）適用于各種被加工材質(zhì)的刀片槽型和結(jié)構(gòu)择克；（2）優(yōu)秀的抗沖擊性能恬总，強(qiáng)力銑削加工時(shí)不能出現(xiàn)切削刃意外崩缺；（3）長(zhǎng)的刀具使用壽命肚邢，一般客戶(hù)希望能夠在不更換刀片情況下不間斷地加工完一個(gè)型面辱雅，對(duì)于加工一個(gè)大型模具意味著4～12小時(shí)的加工壽命；（4）低的切削振動(dòng)苛每，這是制約加工效率提高最難逾越的因素怨颜；（5）高的形狀精度和高負(fù)荷加工下刀具的精度保持性；（6）高的刀體可靠性木鸭。

　　該刀片的槽型是綜合考量各種實(shí)際切削因素夯架，并且通過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩年的用戶(hù)試驗(yàn)，不斷優(yōu)化而最終定型的巴俯。具體而言批痘，主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　比傳統(tǒng)刀具更高的精度漏炕，刀片安裝在刀體上后舌恬，與理想球體的理論誤差應(yīng)盡可小，而且曲線不能太復(fù)雜扭享，以免造成研磨困難坠行。株鉆球頭銑刀的球形刃設(shè)計(jì)精度（所有系列）均為≤0.005mm，制造輪廓誤差≤0.05mm（ZOLLER測(cè)刀儀檢測(cè)）续膳。

　　中心刀片的刀尖設(shè)計(jì)保證更低的切削振動(dòng)和抗沖擊性能改艇，過(guò)中心區(qū)域切削速度極低（接近于零）。切削阻力極大坟岔，非常容易出現(xiàn)刀尖崩缺現(xiàn)象谒兄。必須進(jìn)行大量試驗(yàn)室試驗(yàn)和客戶(hù)實(shí)際試驗(yàn)來(lái)提高刀片性能。舉例來(lái)說(shuō)炮车，其中有一項(xiàng)為切削阻力和切削振動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)舵变，試驗(yàn)方案如下：試驗(yàn)刀具為A、B兩種國(guó)外D40球頭銑刀瘦穆，被加工材料為P20HRC35纪隙，切削參數(shù)：Vn=3000，ap=0.5mm扛或，ae=1mm绵咱，f=3000mm/min，測(cè)試儀器：KISTLER動(dòng)態(tài)電荷測(cè)力儀熙兔。

　　由試驗(yàn)結(jié)果可知：

　”妗（1）在其他條件相同的情形下，f=0.5mm/z時(shí)候妻，A刀具的最大主切削力Fx=400N锨耍，最大主切削力Fx=50N执摆，最大振幅為350N，平均切削力為230N平俩；

　∶迨濉（2）在其他條件相同的情形下，f=0.8mm/z時(shí)泡缠，A刀具的最大主切削力Fx=600N趟蛋，最大主切削力Fx=80N，最大振幅為520N鼎示，平均切削力為290N同嚷；

　　（3）在其他條件相同的情形下虫店，f=0.5mm/z時(shí)甫知，B刀具的最大主切削力Fx=800N，最大主切削力Fx=160N斋值，最大振幅為640N绑雄，平均切削力為400N；

　“掠省（4）在其他條件相同的情形下万牺，f=0.8mm/z時(shí)，B刀具的最大主切削力Fx=1000N洽腺，最大主切削力Fx=200N脚粟，最大振幅為800N，平均切削力為500N蘸朋。

　　由以上四點(diǎn)可知核无，在1mm的小切深情況下，在所有切削條件相同的情況下藕坯，B刀具的刀尖受力情況明顯比A差很多团南，平均受力大了幾乎一倍，刀具在同等頻率下振動(dòng)的振幅也明顯大得多炼彪，而上述切削參數(shù)在大多場(chǎng)合都是正常切削參數(shù)吐根，這說(shuō)明在刀具刀尖的處理上A刀具的設(shè)計(jì)方案明顯優(yōu)越。而B(niǎo)刀具由于切削阻力和切削振動(dòng)太大辐马，且刀尖的切削前角僅為－20°拷橘，刀尖過(guò)于單薄，刀具的過(guò)中心刀尖非常容易崩缺蔚芥。

　　因此刀尖的形狀設(shè)計(jì)非常重要拨臂，對(duì)刀具的實(shí)際切削效果有顯著的影響。實(shí)際上優(yōu)化設(shè)計(jì)刀尖形狀和參數(shù)是一個(gè)非常繁雜的過(guò)程，要平衡諸多因素基际，如切削振動(dòng)痛慷、刃部強(qiáng)度、刀具使用的工藝特點(diǎn)弯沥、刀片材料特性除阐、本身的工藝性等等造星，很難一蹴而就鸳辛，要往返多次不斷完善。

　　刀片的槽型優(yōu)化設(shè)計(jì)毛彼，球頭銑刀的圓弧切削刃各點(diǎn)的切削線速度都不相同舒疚，軸心區(qū)低，外部高衫凭，線速度的變化極大兜畸，因此各點(diǎn)承受切削阻力相差很大。

　　當(dāng)切削速度低于某個(gè)值時(shí)碘梢，切削阻力會(huì)急劇增大咬摇，而高過(guò)此值時(shí)，變化會(huì)比較平緩煞躬，因此設(shè)計(jì)主切削刃棱帶肛鹏、槽型主參數(shù)時(shí)必須遵循這個(gè)規(guī)律。對(duì)于球頭刀來(lái)說(shuō)恩沛，設(shè)計(jì)為變棱寬棱帶在扰、光滑曲面的切屑導(dǎo)流槽、連續(xù)變化的前角雷客、槽寬等最為合適芒珠，配合前刀面的減振凸臺(tái)設(shè)計(jì)可以在保證刃口強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡可能減少棱寬，從而最大化減少切削阻力和抑制振動(dòng)搅裙。分屑槽刀片皱卓，對(duì)于大直徑刀具D50、D40刀具和大懸長(zhǎng)刀具來(lái)說(shuō)部逮，在進(jìn)行過(guò)渡全刃接觸銑削時(shí)娜汁，幾乎難以加工，排屑非常困難省牍。刀片極易被擠缺蒸撕。這時(shí)需要采用分屑技術(shù)的刀片。在實(shí)際驗(yàn)證時(shí)淀爆，加工效率得到2倍以上的提高跑放。

　　極限過(guò)載和疲勞破損校驗(yàn)，進(jìn)一步改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)余源，確保刀具能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定切削慈肯。極限試驗(yàn)主要用于檢測(cè)刀具在推薦切削參數(shù)下的安全性能范益，包括一系列的超載試驗(yàn)。這需要投入極大的物力和精力遭歉，一個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)必須包含此項(xiàng)驗(yàn)證虫犀。這里列舉其中一項(xiàng)試驗(yàn)：

　　檢驗(yàn)刀具：BMR03-040-G32-XP30-02-M；刀片：XPHT40R2004肪援；牌號(hào)：YBG302
　　被加工材料：NAK80（HRC40）
　　切削參數(shù)：Vn=2500证莺，ap=5mm，ae=4mm堕义，f=2000mm/min
　　試驗(yàn)結(jié)果：加工16小時(shí)后猜旬，刀具出現(xiàn)疲勞損壞裂紋。刀體上部安裝刀片的刀槽底面與側(cè)面出現(xiàn)明顯裂痕倦卖，刀體已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)使用洒擦。

　　正是疲勞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了該刀具的內(nèi)在缺陷，為此進(jìn)行了四次大的改進(jìn)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題怕膛，其中包括（1）面與面間采用圓弧過(guò)渡熟嫩，消除應(yīng)力集中；（2）更高精度的鎖進(jìn)螺紋配合褐捻，提高刀片的安裝剛性掸茅；（3）采用優(yōu)質(zhì)耐熱合金鋼制造刀體；（4）改變表面處理和熱處理工藝舍扰，提高抗疲勞性能倦蚪。改進(jìn)產(chǎn)品小批量客戶(hù)試驗(yàn)證明，消除缺陷的產(chǎn)品完全可以滿(mǎn)足實(shí)際使用要求边苹，現(xiàn)在大批量訂貨也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題陵且。

　　客戶(hù)實(shí)際案例

　　汽車(chē)覆蓋件模具球頭銑刀加工案例1：

　　機(jī)床：意大利龍門(mén)三軸加工中心
　　刀具：BMR030-G32-XP30-02-L；刀片：XPHT30R1504短琴；牌號(hào)：YBG302
　　被加工材料：FC600
　　加工參數(shù)：Vn=3000r/min垃准，ap=4~8mm，ae=4mm膏般，f=3000mm/min
　　加工結(jié)果：加工前與加工后用激光對(duì)刀儀在線檢測(cè)儿趋，精度與國(guó)外刀具相同，一次加工17小時(shí)刀具微見(jiàn)磨損娜珍，刀片刃口完好蛔乖，小批量使用后性能與國(guó)外產(chǎn)品相同，建議批量訂貨取代國(guó)外刀具踏拓。

　　模具球頭銑刀加工案例2：

　　機(jī)床：意大利龍門(mén)三軸加工中心
　　刀具：BMR040-MT5-XP40-02-L赃剂；刀片：XPHT40R2004；牌號(hào)：YBG302
　　被加工材料：鉬鉻鑄鐵（牌號(hào)不詳）
　　加工參數(shù)：Vn=2500r/min；ap=8～12mm淑停；ae=8mm孝摘；f=3000mm/min
　　加工結(jié)果：精度明顯高于原刀具，加工時(shí)振動(dòng)明顯低于原刀具锰抡，刀具的平均使用壽命和加工效率高于原刀具兩倍以上妻往，批量加工未出現(xiàn)異常情況。

　　小結(jié)：新型球頭銑刀較傳統(tǒng)刀具有較大優(yōu)勢(shì)试和，加工實(shí)例證明了其高效切削性能讯泣，比原來(lái)傳統(tǒng)球頭銑刀提高加工效率2倍以上，且刀具壽命更長(zhǎng)灰署，性能可與國(guó)外先進(jìn)廠家相當(dāng)判帮；批量應(yīng)用證明該刀具性能穩(wěn)定可靠，由于性?xún)r(jià)比高溉箕，節(jié)約了刀具消耗成本。

3．新型大進(jìn)給銑刀

　　株鉆刀具公司推出的新型大進(jìn)給銑刀幾乎已成為HPM的狹義對(duì)等詞悦昵。這種大進(jìn)給銑刀結(jié)合了低振動(dòng)切削和高進(jìn)給切削兩種切削形式的優(yōu)點(diǎn)肴茄，能夠進(jìn)一步提高刀具的切削性能。刀片基本形狀為類(lèi)三角形但指，三個(gè)邊完全對(duì)稱(chēng)寡痰，每個(gè)邊由修光刃、第一主切削刃棋凳、突起過(guò)渡區(qū)拦坠、第二主切削刃和刀尖圓弧等組成。刀具的原理及形狀專(zhuān)利正在申請(qǐng)中朵椿。

　〖言尽（1）低振動(dòng)大進(jìn)給銑刀的原理及特色

　　所謂低振動(dòng)切削是指刀具采用大的懸伸量加工深的部位，而刀具的剛性與懸伸長(zhǎng)度的四次方成反比俭宁，加工效率的主要制約因素是因?yàn)榧庸ふ駝?dòng)而不得不降低走刀速度啦别。FEETE公司的理論研究和試驗(yàn)證明，通過(guò)改變切屑的形狀贷营，可以在切屑截面不變的情況下提高走刀速度怯录，或者說(shuō)在同等金屬去除率的情況下，可以降低切削阻力和消耗功率15%～25%诬粗。這是一個(gè)非衬笛剑可觀的數(shù)據(jù)，實(shí)際上由于受到幾何形狀以及殘余加工區(qū)域面積的限制扯凫，產(chǎn)品應(yīng)用達(dá)不到這一理論值轧黑。

　　株鉆公司開(kāi)發(fā)的新型大進(jìn)給銑刀成功地將小的主偏角與切屑形狀控制理論結(jié)合起來(lái)。該銑刀在切削深度ap小于凸起過(guò)渡區(qū)到修光刃時(shí)，參與切削的為第一主切削刃极金，這與傳統(tǒng)的大進(jìn)給銑刀并無(wú)任何區(qū)別跨跨。但當(dāng)切削深度ap超過(guò)這一臨界值時(shí)，切屑的形狀發(fā)生改變囱皿，傳統(tǒng)的大進(jìn)給銑刀應(yīng)為一段較長(zhǎng)的切屑勇婴，而新型銑刀為兩段切屑，這種斷屑方法稱(chēng)為自臺(tái)階斷屑嘱腥。下面通過(guò)一個(gè)試驗(yàn)來(lái)證明對(duì)新型刀具性能的闡述耕渴。

　　試驗(yàn)機(jī)床：MIKRON UCP1000
　　被加工材料：NAK80（HRC40）
　　對(duì)比試驗(yàn)刀具：進(jìn)口D32大進(jìn)給銑刀（加長(zhǎng)型）；株鉆D32大進(jìn)給銑刀
　　測(cè)量?jī)x器：KISTLER電荷測(cè)力儀
　　加工參數(shù)：ap=1.7mm齿兔，ae=25mm橱脸，V=120m/min，f=0.8mm/z
　　試驗(yàn)結(jié)果：由于受到機(jī)床功率的限制分苇，f=0.8mm/z時(shí)機(jī)床已經(jīng)達(dá)到極限功率添诉，株鉆D32大進(jìn)給銑刀MR01-063-A22-ZD16-04的切屑成兩段排出，切削狀態(tài)正常医寿。

　　對(duì)比的進(jìn)口刀具已經(jīng)完全喪失了繼續(xù)切削的能力栏赴，出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng)甚至抖動(dòng)。這就證實(shí)采用分屑技術(shù)與大進(jìn)給相結(jié)合的新型刀具有著更加優(yōu)越的切削性能靖秩。

　　新型大進(jìn)給銑刀加工實(shí)例驗(yàn)證

　　加工零件：摩托車(chē)整流罩模具（包括型芯和行腔模板）卢操，材料為738H（HRC33～40）
　　株鉆刀具：XMR01-063-A22-ZP16-04；刀片：ZDMT160416-GM件父；牌號(hào)：YBM351企奔；刀具直徑：D63
　　對(duì)比刀具：進(jìn)口D63大進(jìn)給刀具，刀具直徑：D63
　　加工方式：干式切削
　　加工試驗(yàn)結(jié)果：株鉆刀具每刃平均切削壽命為3.5小時(shí)夹它，進(jìn)口刀具為3.7小時(shí)妖奕，壽命基本相當(dāng)；株鉆刀具的切削振動(dòng)聲音相對(duì)較姓拙唷窖韧；株鉆刀具切屑細(xì)碎，容易被壓縮空氣吹走乏尿，切屑刮擦相對(duì)較輕姐蝠。另外值得一提的是，在采用大進(jìn)給加工前迂擅，采用RDKW1204M0刀片進(jìn)行加工幕柬，大進(jìn)給刀具有著明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）加工效率提高1～2倍症丁，機(jī)床占用率大大降低拆内，大大降低固定資產(chǎn)成本旋圆；（2）拐角處振動(dòng)和大模具加工的優(yōu)勢(shì)更加明顯，提高效率3倍以上麸恍；（3）刀片消耗量大大降低灵巧，原來(lái)RDKW刀片每月消耗2萬(wàn)片，而大進(jìn)給刀片消耗量不到3000片抹沪。

　　小結(jié)：新型大進(jìn)給銑刀可以通過(guò)分屑方法有效抑制振動(dòng)刻肄，從而進(jìn)一步提高加長(zhǎng)刀具的加工性能；合理的外形設(shè)計(jì)使該刀具的切削性能和使用壽命達(dá)到了預(yù)期目的融欧；較傳統(tǒng)刀具而言敏弃，新刀具的加工效率提高2～3倍，而刀具消耗量?jī)H為原來(lái)的1/5噪馏，效益相當(dāng)可觀麦到。

4．結(jié)束語(yǔ)

　　與傳統(tǒng)刀具相比，新的高效模具銑刀加工效率提高2～3倍甚至更高欠肾，這一成功得益于優(yōu)化的刀具幾何設(shè)計(jì)和新的銑削策略瓶颠。高性能銑削刀具的最大優(yōu)點(diǎn)是減少了對(duì)機(jī)床的投資。低振動(dòng)切削對(duì)于大懸伸加工效率的提高起到了關(guān)鍵作用刷航。分屑方法是實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)切削最現(xiàn)實(shí)的一種方法讥啤，同時(shí)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用都證明效果明顯。

（資訊來(lái)源：株洲鉆石切削刀具股份有限公司）

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