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模具铣刀材料及其选择

更新时间:2008-9-1 16:05:14 文章来源:互联网 点击:

在传统的模具切削加工生产中,以粗加工为主,随着新型模具工业的迅速崛起、材料热处理及切削技术的进步,被加工件量、质都发生了很大的变化,由粗加工扩大至半精加工、精加工,促进了模具工业的进一步发展。

近年来,由于干切削、硬切削、高速切削等快速的进入到模具加工领域,使模具制造进入一个全新的发展期,与老式的成型表面电火花工艺相比,由CNC机床的柔性、耐磨刀具材料和表面涂层、新型刀具结构所构成的高速切削系统,免去了电极的准备程序,可提高生产率30%~50%,并减少手工抛光工作量60%~100%,从而把整个模具的生产周期缩短了2/3[1],提高了企业在市场中的竞争力。

针对模具加工高效、单件、小批量和材料硬度高、加工难度大、形状复杂和切削余量大的特点,工具制造厂开发出大量适应模具生产需要的专用非标铣刀,并在刀具行业的产品中形成了独树一帜的《模具铣刀》(JB/T7966·1~10-95)系列标准。

时代在发展,技术在进步,《模具铣刀技术条件》(JB/T7966·10-95),规定用W18Cr4V或同等性能的高速钢制造,硬度63~66HRC。从目前的市场调查分析,W18Cr4V、M2、9341等通用型高速钢(HSS)在模具铣刀板块中已失去了竞争力,而代之以粉末高速钢、高性能高速钢、硬质合金及超硬刀具材料。

1 高性能高速钢和粉末高速钢

到目前为止,高速钢牌号近百种,但在市场上流通的不超过20种。人们习惯上将高速钢分为四大类:通用高速钢(HSS)、高性能高速钢(HSS-E)、粉末高速钢(HSS-PM)和低合金高速钢(DH)。HSS、DH材料很难胜任铣刀的加工要求,HSS-E、HSS-PM还能占据一席之地。

1.1 高性能的高速钢

HSS-E 是指在HSS成分基础上适当提高C、V量,有些牌号再加入Co、Al等合金元素,以提高耐热性、耐磨性的钢种。这类钢的红硬性比较高,经625°×4h加热后仍保持60HRC以上的高硬度,刀具的耐用度通常为HSS钢刀具的1.5~3倍。HSS-E热处理工艺及硬度见表1

表1    常用高性能高速钢热处理工艺

牌  号

代 号

淬火温度

(℃)

回火温度

(℃)

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粉末高速钢

HSS-PM 是用细小的高速钢粉末在高温高压下直接压制而成的高速钢品种。在国外应用相当普及,而国内只有少数厂家使用。

HSS-PM完全避免了冶炼高速钢碳化物不均匀的毛病,不论其截面多大,碳化物都细小均匀,所以它较冶炼高速钢强度和韧性都高的多。HSS-PM热处理工艺及硬度见表2

表2   常用粉末高速钢热处理工艺

代    号

淬火温度(℃)

回火温度(℃)

回火后硬度(HRC)

备注

GF2

1210~1240

530~550

≥65

中国

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

法国

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

美国

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 高速钢模具铣刀热处理要点

由于模具加工的特殊性对刀具的要求非常严格,刀具热处理要掌握如下要点:

1.3.1  HSS刀具淬火晶粒度控制在10号左右,硬度65~66.5HRC,过热程度视具体刀型而定,但过热不得超过2级(小型刀具不允许过热)。

1.3.2  HSS-E热处理后虽可以达到67~70HRC,但实际使用不允许有如此高的硬度,65~67HRC的硬度深受青睐。

1.3.3  HSS-PM具有优良的力学性能,淬火晶粒度控制在10.5号,视不同产品上下浮动半级。但千万不可盲目追求高硬度,大量的事实表明,高硬度并非高寿命。将硬度控制在66~67.5HRC不会出现质量问题(小刀具可以低1HRC)。

2 硬质合金铣刀

硬质合金刀具是数控机床的主导产品,欧洲有些国家90%以上的车刀,55%以上的铣刀都用硬质合金制造,且增长势头正旺,以惊人的速度渗透到数控刀具的各个领域。展望未来,数控刀具无疑是硬质合金的天下,模具铣刀首选材料应是硬质合金。

2.1硬质合金刀具的主要特点

2.1.1 硬度 

硬质合金主要由硬质碳化物组成,所以它的硬度比高速钢高得多,一般为89~93HRA,540℃时的热硬性需要82~87HRA。常用硬质合金铣刀牌号及力学性能见表3 。

表3   模具铣刀常用硬质合金牌号、成分及力学性能

牌 号

主要化学成分(%)

 

力学性能

推荐使用范围

WC

Tic

TaC

NbC

Co

密度

g/cm3

硬度

HRA

抗弯

强度

MPa

YT15

79

15

 

6

11~12

≥91

≥1130

连续断面半精铣、精铣

YT14

78

14

 

8

11.2~12.0

≥90.5

≥1200

连续断面粗铣

YG8

92

 

 

8

14.5~14.9

≥89

≥1150

不平整面的粗铣

YG6

94

 

 

6

14.6~15.0

≥89.5

≥1420

连续断面半精铣、精铣

YG6X

93.5

 

<0.5

6

14.8~15.1

≥91

≥1420

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