加工高硬度模具用涂层硬质合金球头立铣刀

日本住友电工公司开发了一种用于加工高硬度(≥60HRC)模具的GS涂层硬质合金球头立铣刀,其特点为:采用硬度与韧性兼优的超细颗粒硬质合金作为铣刀基体；采用新涂层技术在基体表面涂覆耐热性与润滑性兼优的涂层材料；采用高精技术加工球头切削刃。

众所周知,切削刀具的硬度应为被加工工件硬度的3倍以上。但当刀具硬度提高时,其韧性自然就会下降,导致刀具容易发生崩刃,尤其是高硬度材料的立铣加工属于断续切削,冲击性较大,更易发生崩刃。为了优化GS球头立铣刀的切削性能,必须使硬质合金基体的硬度与韧性在高水平下达到平衡兼优。住友电工公司通过减少Co粘结相的含量来提高硬质合金基体硬度,通过使硬质合金主要成分碳化钨的粒度微细化来提高硬质合金基体韧性。通过二者的匹配优化研究,开发出了硬度与韧性兼优的超细颗粒硬质合金基体。

对于刀具涂层材料,为满足高硬度材料立铣加工的需要,不仅应具有优良的耐热性,还应具有高水平的润滑性能,以降低切削抗力,提高抗粘结磨损性能和加工表面质量。当涂层摩擦系数小于0.3时,即可具有优良的润滑性能。使用广泛的TiAlN涂层的摩擦系数约为0.5；近年来深受关注的TiSiN涂层的摩擦系数约为0.6；TiCN涂层的摩擦系数为0.3,但其耐热性能太低,不能用于加工高硬度模具钢。GS球头立铣刀使用的涂层摩擦系数很小,仅为0.2,耐热性能与TiSiN涂层相当,其硬度为Hv5100,比TiAlN涂层(Hv3500)还高出30%以上。因此,GS球头立铣刀能显著降低摩擦阻力,抑制切削抗力及切削热的升高,在延长刀具寿命的同时,抑制了切屑粘刀现象的发生,提高了加工表面质量和切削效率。

在刀具的设计与加工方面,球头半径R的加工公差为+3～-7μm。在高精度加工球头R时,防止过度磨削,并一次性连续、圆滑地完成R和直线加工,获得了优质的立铣刀球头成型表面。

上述特点使GS涂层硬质合金球头立铣刀兼具良好的耐磨性、刚性、韧性、耐热性、润滑性和高精度,非常适用模具型腔的粗、精立铣加工,在加工自硬钢等硬度稍低的模具材料时也能发挥出更高效能。

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