阿诺刀具在高硬度材料切削加工上的研究

【编者按】阿诺公司是我国刀具专业修磨行业的缔造者和领头羊，已在全国设立了10个刀具专业修磨中心，基本上覆盖了中国的精密机械加工集中地区。阿诺的高性能硬质合金钻头达到了世界先进水平，已在各机械加工领域批量替代进口。

高硬度材料广泛应用于模具、耐磨零件，其工作条件差，要有足够的耐磨性，具有代表性的高硬度材料有模具钢、淬火钢。

由于它们硬度较高，抗拉强度可达2600Mpa，且导热系数较低，属于难切削材料。与常规材料相比, 铣刀切入时的切削扭矩、温度均明显偏大, 切削力的波形为尖峰脉冲，单位切削力可以到。

加工时，常见的高硬铣刀的失效形式主要有刀尖破损、非正常破损、切削刃疲劳磨损、涂层烧伤与脱落等，其中刀尖破损失效最为突出。这是由于切削产生的变形比很大，使切屑（一般为针状）与前刀面接触面积以及时间都比较小，切削热集中在刃口附近的前刀面，并且材料导热系数低，切削温度很高，加速了刀具磨损。因此刀具寿命大多不够稳定，成为模具加工普遍存在的问题。

针对材料的特殊属性，设计该类刀具的时候，基体材料应选用硬度高、耐磨性好、抗弯强度高、耐热性好的超细晶粒硬质合金。一般的刀具材料也可以加工高硬度材料，只是易于磨损破损寿命低。同时刃口要有足够的强度，刃磨上要得到一致性较高的刃口防止裂纹的出现，结构上也要有足够的截面刚性从而可以得到较好的刀具抗弯强度。涂层要选择有较高的工作温度和高耐磨、高抗氧化能力，并且有良好的绝热性。阿诺刀具经过多次内部试验和客户试用，研发出高硬材料用铣刀。

AHNO高硬铣刀有两种：加工硬度范围在 HRC40~HRC55飓风系列、硬度范围在HRC55以上的龙卷风系列。AHNO高硬铣刀采用了较大芯厚，强化刀具的整体刚性。严格的制造工艺，保证了优良的刀具表面粗糙度，使刀具的切削更加稳定。前角的优化，提高了刀具刃口强度，提高刀具的抗冲击能力，但要有较好的工艺系统刚性。选用超细晶粒牌号的整体硬质合金棒材，使基体有足够的强度和韧性。超R涂层是为加工高硬度钢材应用而设计的涂层，纳米晶体结构的氮铬化铝基涂层表现了卓越的红硬性，抗氧化性和抗高温性。涂层的独特性质决定了切削产生的高温不会渗透到基体，使铣刀有超强抗磨损、较强的刃部强度的特点。

为了获得优选方案以及切削案例来验证阿诺高硬铣刀性能，我们进行了大量的针对涂层、棒料以及磨削工艺的内部实验，也试验与国外某各流品牌刀具在同等工况下的性能对比。

所有试验均在压缩气体冷却的情况下进行，由于在切削高硬度材料时，铣刀切入工件就会产生很高的温度，切出时切削液会使铣刀表面产生快速的温度变化，温度的急剧变化会导致刀具表面内应力的产生，促进裂纹的产生与生长。而气冷情况下，温度变化就要小很多。这样就需要刀具材料有足够的红硬性、涂层有较高的工作温度。

试验案例

试验目的：与某公司对比铣刀的切削性能

工件材料：SKD11（HRC60）

刀具规格： D10*25*L75*SD10，四刃立铣刀

切削参数：进给：0.3mm/r  线速度：125m/min  切深ap：10mm  切宽ae：0.5mm

冷却方式：气冷 ，气体压力：0.5Mpa

结果：铣削到15米时停止实验，从刃口磨损情况和切屑状态两方面进行对比，可判断AHNO高硬铣刀性能优于该品牌

应用案例：

工件材料：2083模具钢 HRC50

机床型号：HTM1000 立式加工中心

冷却方式：气冷

刀具型号： D12/R1*40*L100*SD12  四刃立铣刀

加工参数：

转速：2000，进给：800，Ap：0.2，Ae：5

加工方式：型腔粗铣

刀具型号： D10/R5*40*L100*SD12  两刃球头铣刀

加工参数：

转速：2250，进给：690，Ap：0.1，Ae：0.1

加工方式：型腔铣

结果：与客户现用铣刀相比，寿命提高了多倍。一定程度上，提高了客户的加工效率。

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