产品与技术Ｐｒｏｄｕｃｔｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 硬质合金立铣刀与模具预硬化模块的加工 Ｃａｒｂｉｄｅ ｅｎｄｍｉｌｌ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ｐｒｅｈａｒｄｅｎｅｄ ｍｏｕｌｄ ｂｌｏｃｋ 吴元昌 （成都工具研究所，成都６１００５１） 塑料在工程材料中的应用日渐广泛，已成为世 形和裂纹问题，缩短了加工周期。这就是冶金行业为 适应市场的变革。我国每年进口的预硬化模块达数万 吨，２０００年起国家重点技术改造投资的抚顺钢厂和上 界４大原材料之一。塑料要成为有价值的商品，必须 用模具成型。用塑料模具制造的塑料制品的发展极 为迅速。为适应市场的需要，对塑料制品要求样式 翻新快，促使要求塑料模具交货周期短，模具表面 粗糙度值要小，且能满足所需精度要求。上述对塑 料模具的需要，引起其加工方法的变革，从而使冶 海第五钢厂已试供应预硬化模块。 ２预硬化模块的机械加工和硬质合金立铣刀 的兴起 预硬化模块的使用硬度一般在２７～４２ＨＲＣ，特别 金业、机床业、工具业都发生了与之配套的变革。 １传统与变革后的塑料模具加工方法 传统的塑料模具加工工艺为采用经冶金厂退火 的模块，粗及半精机械加工模具型腔，转热处理淬 火、回火；再最后精加工型腔到最终尺寸，以消除 在高硬度区３６～４２ＨＲＣ，其可切削性很差．用传统的 高速钢立铣刀加工效率很低，以最通用的塑料模具钢 ３Ｃｒ２Ｍｏ（美国钢号Ｐ２０），和中、大型模块用的 ３Ｃｒ２ＮｉＭｎＭｏ（瑞典钢号７１８）为例。一般推荐的立铣 刀铣削速度见表１。 表ｌ预硬化塑料模具钢的推荐铣削速度（ｍ／ｒａｉｎ） 预硬化硬度 高速钢立铣刀（８％Ｃｏ） 钢号 热处理的变形。最后精加工工序的磨削及抛光很费 时且需高级技工，使模具不仅交货期长且价格昂贵。 国内部分低级塑料模具不做热处理，但耐磨性差， 寿命较低。 为克服模具的热处理变形及最后精加工费时的 硬质合金立铣刀 ＨＢ ＨＲＣ 未涂层 ＴｉＡ１Ｎ涂层 未涂层 ＴｉＡ１Ｎ涂层 ３２～４８ ２２￣３５ ５５～８Ｏ ７０～９Ｏ ６０－８０ １０ｏ一１２０ ８０－１ｏｏ Ｐ２０ ２６５￣３１０ ２７￣３３ ｌ７～２５ ７１８ ２７９－３２０ ２９￣３４ ｌ２～１８ 缺欠，国外模具钢厂多年前已改供预硬型塑料模具 钢制的模块，在钢厂中将实心模块预先热处理到其 使用硬度．以获得所要求的使用性能，现市场上进 口的预硬化模块有数个钢种，其形状有圆棒：直径 从６２５～５０５ｍｍ，方棒：边长从２５ｍｍｘ２５ｍｍ～１０５ｍｍｘ ４５ １８Ｏ ３０－４０ １２０－１４０ １６０￣１９０ 注：退火组织碳结钢４５供对比用 １０５ｍｍ，扁方板：断面尺寸从７６ｍｍｘ２５～７０ｒａｍ直到 １０００ｍｍ￣２０～５１０ｍｍ，规格繁多，供模具制造者选用。 模具制造者从已预硬化的模块上机械加工出模 具型腔，直接到最终成品尺寸，无需再热处理，交 用户使用。这种新工艺特别适宜做形状繁杂的大、 中型精密模具，因它避免了因热处理造成的模具变 从表１中数据可见：①经预硬化的Ｐ２０和７１８塑料 模具钢的推荐铣削速度仅为最常用的４５碳结钢的１／２ 左右。②高速钢立铣刀的推荐铣削速度只有硬质合金 立铣刀相应值的１／２～１／３。有资料报导硬质合金立铣 刀的金属切除率可比高速钢立铣刀高５—１０倍。由于 高速钢立铣刀加工预硬化模块的型腔效率低，刀具寿 ＷＭＥＭ ４期２０１０年８月 ９２ 产品与技术Ｐｒｏｄｕｃｔｓ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 命短，近年在这个应用领域已逐步为硬质合金立铣 刀所取代。 所受的强大切削力。 我国的硬质合金立铣刀生产还在起步阶段，整体 硬质合金立铣刀的产量更为稀缺。２００２年全部硬质合 金立铣刀的产值和产量仅为４００万美元（２０万件），在 预硬化模块生产技术上是严重的短缺。 日本的刀具统计资料显示，硬质合金立铣刀和 高速钢立铣刀产值之比在１９９６年为３８％：６２％一高速钢 立铣刀为主：而２００１年已变为６９％：３１％一硬质合金立 铣刀占主导地位。２００１年中国立铣刀的相应数值为 ２４％：７６％．还达不到日本１９９６年的水平。２００１年由于 ４模具加工用高速钢立铣刀 在日本立铣刀总量中高速钢立铣刀还占１／３。它 主要定位于老企业用齿轮传动的机床及较大加工余量 时的模具加工。其原材料皆选用高合金含量的高钒 （３％～５％Ｖ）、高钴（８％Ｃｏ及９％～１０％Ｃｏ）高速钢和 全球ＩＴ业的衰退，日本硬质合金刀具的总产值￣２０００ 年减少６－３％，与ＩＴ业关系密切的硬质合金麻花钻 （ＰＣＢ钻）产值缩减１７％，但硬质合金立铣刀的产值 和产量均￣Ｅ２０００年增加１２．６％，２００１年达到２亿美元 （４５０万件），可见模具行业对它的拉动力。 粉末冶金高速钢：除要求高硬度和红硬性外，更着眼 ３硬质合金立铣刀品种 硬质合金立铣刀主要有整体硬质合金立铣刀与 可转位硬质合金刀片立铣刀两大类。 整体硬质合金立铣刀的直径范围从０．２～３２ｒａｍ， 但实际上多数直径≤１６ｒａｍ，因大直径原材料费用太 于良好的耐磨性能。国内立铣刀还是以通用高速钢为 主要材料，这是模具业抱怨国产立铣刀削寿命不及国 外产品的主要原因。 ５硬质合金立铣刀与机床 ＣＮＣ立式镗铣床或加工中心，配以硬质合金立铣 刀是模具加工的基本设备．对机床的要求主要是两个 方面：其一是制造整体硬质合金立铣刀的ＣＮＣ多轴工 高。整体硬质合金立铣刀（特别是球头立铣刀）品 种规格极为繁多。为适应模具设计需要，其前端刀 尖多数不是４５。倒角，而是磨成一定数值的圆弧半径。 根据采用的硬质合金牌号的不同，冉配以刀具几何 参数的调整，现已有适宜于铣削不同模具硬度≤ 具磨床；其二是能充分发挥硬质合金立铣刀效能的 ＣＮＣ立式镗铣床。 ４５ＨＲＣ，≤５５ＨＲＣ，≤６５ＨＲＣ的立铣刀品种。具有内 冷却的整体硬质合金立铣刀也已获得应用。 用于模具加工的可转位硬质合金刀片立铣刀直 径 ８～５０ｍｍ者为大多数，以适应加工模具较小型腔 形状的需要。它近年向小直径方向发展，已有直径 ８ｍｍ（Ｒ－－４ｍｍ）的可转位硬质合金刀片球头立铣刀。 可转位刀片结构的立铣刀可制成较长刀杆，以深入 精密的整体硬质合金立铣刀国外用６轴联动ＣＮＣ 工具磨床制造，采用多片砂轮在一次装卡中磨成全部 刃部几何形状，上述机床主要靠进口，价格昂贵，限 制了国产整体硬质合金立铣刀的发展。 预硬化模块有一定的硬度，其切削抗力大。要能 充分发挥硬质合金立铣刀的效能，ＣＮＣ立式镗铣床主 轴要有足够的功率、机床刚性要好，定位精度要高。 此外因整体硬质合金立铣刀的直径较小（一般≤ １６ｒａｍ），要求主轴有较高的转速，直径６ｒａｍ的硬质合 金立铣刀要求主轴转速为６０００ｒ／ｍｉｎ，更小直径的则 要求主轴转速高达２００００～３００００ｒ／ｍｉｎ。国产ＣＮＣ立式 镗铣床有能力满足上述要求。口 模具型腔加工，而整体硬质合金立铣刀的全长及刃 部长度较短，以提高其刚性，获取以铣代磨的良好 模具型腔表面粗糙度及很高的金属切除率。 整体硬质合金立铣刀广泛采用超细颗粒硬质合 金制造，某些牌号硬度≥９１ＨＲＡ，抗弯强度高达 ３０００Ｎ／ｍｍ 以上，完全可满足立铣刀切削过程中刃口 —／２———＿ｚ— ／—＼ ———～ —、—厂—一 ＜二＝＝——— 一 、＼＼、■ ，＜＝—————————、—Ｊ — ９３ ＷＭＥＭ ４期２０１０年８月
