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在傳統(tǒng)的模具切削加工生產(chǎn)中，以粗加工為主，隨著新型模具工業(yè)的迅速崛起、材料熱處理及切削技術(shù)的進(jìn)步，被加工件量、質(zhì)都發(fā)生了很大的變化，由粗加工擴(kuò)大至半精加工、精加工，促進(jìn)了模具工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

近年來(lái)，由于干切削、硬切削、高速切削等快速的進(jìn)入到模具加工領(lǐng)域，使模具制造進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展期，與老式的成型表面電火花工藝相比，由CNC機(jī)床的柔性、耐磨刀具材料和表面涂層、新型刀具結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的高速切削系統(tǒng)，免去了電極的準(zhǔn)備程序，可提高生產(chǎn)率30%~50%，并減少手工拋光工作量60%~100%，從而把整個(gè)模具的生產(chǎn)周期縮短了2/3[1]，提高了企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)模具加工高效、單件、小批量和材料硬度高、加工難度大、形狀復(fù)雜和切削余量大的特點(diǎn)，工具制造廠開(kāi)發(fā)出大量適應(yīng)模具生產(chǎn)需要的專用非標(biāo)銑刀，并在刀具行業(yè)的產(chǎn)品中形成了獨(dú)樹(shù)一幟的《模具銑刀》（JB/T7966·1～10-95）系列標(biāo)準(zhǔn)。

時(shí)代在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，《模具銑刀技術(shù)條件》（JB/T7966·10-95），規(guī)定用W18Cr4V或同等性能的高速鋼制造，硬度63～66HRC。從目前的市場(chǎng)調(diào)查分析，W18Cr4V、M2、9341等通用型高速鋼（HSS）在模具銑刀板塊中已失去了競(jìng)爭(zhēng)力，而代之以粉末高速鋼、高性能高速鋼、硬質(zhì)合金及超硬刀具材料。

1 高性能高速鋼和粉末高速鋼

到目前為止，高速鋼牌號(hào)近百種，但在市場(chǎng)上流通的不超過(guò)20種。人們習(xí)慣上將高速鋼分為四大類：通用高速鋼（HSS）、高性能高速鋼（HSS-E）、粉末高速鋼（HSS-PM）和低合金高速鋼（DH）。HSS、DH材料很難勝任銑刀的加工要求，HSS-E、HSS-PM還能占據(jù)一席之地。

1.1 高性能的高速鋼

HSS-E 是指在HSS成分基礎(chǔ)上適當(dāng)提高C、V量，有些牌號(hào)再加入Co、Al等合金元素，以提高耐熱性、耐磨性的鋼種。這類鋼的紅硬性比較高，經(jīng)625°×４h加熱后仍保持60HRC以上的高硬度，刀具的耐用度通常為HSS鋼刀具的1.5～3倍。HSS-E熱處理工藝及硬度見(jiàn)表1

表1    常用高性能高速鋼熱處理工藝

牌  號(hào)

代 號(hào)

淬火溫度

(℃)

回火溫度

(℃)

回火后硬度

(HRC)

W10Mo4Cr4V3Al

5F6

1220～1250

540～560

66～69

W12Mo3Cr4V3Co5Si

Co5Si

1200～1240

550～570

67～70

W12Mo3Cr4V3Co3N

Co3N

1200～1230

540～560

66～69

W6Mo5Cr4V5SiNbAl

B201

1210～1240

520～540

66～68

W6Mo5Cr4V2Al

501

1190～1215

540～560

67～69

W6Mo5Cr4V2Co5

M35

1195～1220

530～550

67～69

W2Mo9Cr4VCo8

M42

1170～1190

530～550

67～70

W12Cr4V5Co5

V5Co5

1230～1250

540～560

66～68

W12Mo3Cr4VCo3N

V3N

1230～1250

540～560

67～69

1.2粉末高速鋼

HSS-PM 是用細(xì)小的高速鋼粉末在高溫高壓下直接壓制而成的高速鋼品種。在國(guó)外應(yīng)用相當(dāng)普及，而國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠家使用。

HSS-PM完全避免了冶煉高速鋼碳化物不均勻的毛病，不論其截面多大，碳化物都細(xì)小均勻，所以它較冶煉高速鋼強(qiáng)度和韌性都高的多。HSS-PM熱處理工藝及硬度見(jiàn)表2

表2   常用粉末高速鋼熱處理工藝

代    號(hào)

淬火溫度(℃)

回火溫度(℃)

回火后硬度(HRC)

備注

GF2

1210～1240

530～550

≥65

中國(guó)

FT15

1240～1260

540～560

≤66

S390PM

1190～1230

540～560

67～68.5

瑞典

S690PM

1170～1190

530～550

≥66

ASP2030

1175～1210

540～560

67～68.5

法國(guó)

ASP2023

1180～1220

540～560

67～68

ASP2053

1160～1190

550～560

65～67

ASP2060

1170～1200

550～560

67～70

HAP10

1165～1185

530～550

≥67

美國(guó)

HAP20

1175～1195

550～580

≥65

日本

HAP40

1175～1200

550～580

67～68

HAP50

1175～1210

560～580

65～68

HAP70

1185～1220

560～580

66～69

CPM42

1185～1205

560～580

69～72

1.3 高速鋼模具銑刀熱處理要點(diǎn)

由于模具加工的特殊性對(duì)刀具的要求非常嚴(yán)格，刀具熱處理要掌握如下要點(diǎn)：

1.3.1  HSS刀具淬火晶粒度控制在10號(hào)左右，硬度65～66.5HRC,過(guò)熱程度視具體刀型而定,但過(guò)熱不得超過(guò)2級(jí)(小型刀具不允許過(guò)熱)。

1.3.2  HSS-E熱處理后雖可以達(dá)到67～70HRC，但實(shí)際使用不允許有如此高的硬度，65～67HRC的硬度深受青睞。

1.3.3  HSS-PM具有優(yōu)良的力學(xué)性能，淬火晶粒度控制在10.5號(hào)，視不同產(chǎn)品上下浮動(dòng)半級(jí)。但千萬(wàn)不可盲目追求高硬度，大量的事實(shí)表明，高硬度并非高壽命。將硬度控制在66～67.5HRC不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題（小刀具可以低1HRC）。

2 硬質(zhì)合金銑刀

硬質(zhì)合金刀具是數(shù)控機(jī)床的主導(dǎo)產(chǎn)品，歐洲有些國(guó)家90%以上的車(chē)刀，55%以上的銑刀都用硬質(zhì)合金制造，且增長(zhǎng)勢(shì)頭正旺，以驚人的速度滲透到數(shù)控刀具的各個(gè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，數(shù)控刀具無(wú)疑是硬質(zhì)合金的天下，模具銑刀首選材料應(yīng)是硬質(zhì)合金。

2.1硬質(zhì)合金刀具的主要特點(diǎn)

2.1.1 硬度 

硬質(zhì)合金主要由硬質(zhì)碳化物組成，所以它的硬度比高速鋼高得多，一般為89～93HRA，540℃時(shí)的熱硬性需要82～87HRA。常用硬質(zhì)合金銑刀牌號(hào)及力學(xué)性能見(jiàn)表3 。

表3   模具銑刀常用硬質(zhì)合金牌號(hào)、成分及力學(xué)性能

牌 號(hào)

主要化學(xué)成分(%)

 

力學(xué)性能

推薦使用范圍

WC

Tic

TaC

NbC

Co

密度

g/cm3

硬度

HRA

抗彎

強(qiáng)度

MPa

YT15

79

15

 

6

11~12

≥91

≥1130

連續(xù)斷面半精銑、精銑

YT14

78

14

 

8

11.2~12.0

≥90.5

≥1200

連續(xù)斷面粗銑

YG8

92

 

 

8

14.5~14.9

≥89

≥1150

不平整面的粗銑

YG6

94

 

 

6

14.6~15.0

≥89.5

≥1420

連續(xù)斷面半精銑、精銑

YG6X

93.5

 

＜0.5

6

14.8~15.1

≥91

≥1420

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