模具材料的加工

刀锋

模具材料
因为铣削法是模具机加工的主要部分，最好把注意力集中在目前常用的模具材料上。此外，就碳化物级别和涂料来说，多数碳化物刀片制造商的产品相似，因此本质上是通用的。
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, _/ T/ Q, \  [- L铝
- c) l6 K0 z- X- {/ V1 O5 K对于塑料成型行业中的某些部分来说，铝是优先选择的模具材料。其金属切削率可以比机器钢快8～10倍。近几年，铝生产商已经开发出了更好的高强度材料，其硬度特性范围在158～168布里涅耳之间。在铝上很难加工出非常光滑的表面，因此，完成工序阶段抛光操作就变得比较重要。
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: ~8 C' K' k! k0 K8 m0 g1 u通常，铣削铝要求粗加工的碳化物级别为C2，精加工碳化物级别为C3。这些是中粒通用目的的铣削级别，这里中粒在要求锐边的粗加工和精加工应用中有着非常优秀的抗磨损性能。每齿走刀量在.004-.014之间时可以获得700-2000sfm。此外，金属陶瓷级别用于要求好的边缘韧力和润滑性的锻铝材料是比较理想的。采用这些级别的陶瓷刀片可以获得1500-2500sfm。对于立铣刀和平面铣刀来说，每齿走刀量一般在.006-.014之间。刀片设计有一个良好的正刀面角以保证碎片尽可能快地离开刃口。

多数情况下，唯一的要求是无涂层的碳化物级别。铝很容易切割，提高抗磨寿命使用任何涂料带来的额外费用通常是很难证明是合算的。
$ y% _- _/ A. k$ z4 _& E* [然而，在作高速机加工时，可以选择使用多晶金刚石硬焊接的PCD刀片，因为它有优秀的表面光洁度，这种光洁度能够在速度提高时产生。
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- l7 Z7 p0 O0 Q2 f/ M3 W铍铜
+ l( x! R* r# p% M/ F, @$ A5 M就热传导率特性来讲，铜基合金材料模具能给模具制造商带来很多好处。它们还有从10到40Rc的硬度级别，几乎是铝的两倍。然而，适用于机加工铝的碳化物级别C2在这里也同样适用。建议的粗加工和精加工走刀量和速度都稍微有些少。在330-660sfm之间是比较现实的，每齿走刀量在.003-.008in之间。另一方面，建议刀片设计的正前角最少为7度。

3 q( N6 t* Z4 B. O1 O& K: K6 M& OP20工具和模具钢
P20是一种常用的模具钢，它通常是铬、镍和钼合金。它一般是用大约32Rc的均匀硬度经过淬火和回火处理。采用P20钢可以获得非常光滑的表面光洁度。可是，根据机加工变量和期望的表面光洁度，可使用的刀片级别和涂料种类是可以扩展的。某种涂层刀片或者金属陶瓷因为能够获得更高的走刀量可能是最好的解决方法。对粗加工，建议使用C5和C6碳化物级别，精加工建议使用C6和C7级别。要求碳化物基底的冲击韧性要好——一种兼有TiN涂层CVD的润滑性和TiN/TiCN/ Al2O3/TiN涂层的多层CVD的抗磨损性的基底。还可以使用TiC/TiCN金属陶瓷，因为它有很好的边缘韧力。粗加工可以获得300-600sfm之间的机加工速度，精加工可以获得250-625sfm之间的机加工速度。
使用不同的涂料，每齿的走刀量可以在.005-.008in之间。使用无涂层碳化物材料也能够成功，这些材料的边缘韧力和抗冲击强度较好。可是，要求更低的机加工速度在今天真的是不现实了。

$ U5 S4 x/ w7 u" Q( |应该指出的是：更硬的工具钢——比如那些超过45Rc的——今天仍在使用，这都是为了能够生成更好的表面光洁度并消除所有抛光作业。试着使用那些加工P20钢并做走刀量和速度试验的切割工具刀片会是一个很好的开端

  V" X: }  w1 z* a# T& F& F不锈钢系列
0 t$ b0 x$ ^5 s) q4 |5 U, J这些包括所有400系列不锈钢。通常，这些不锈钢的硬度范围在50-56Rc之间。这里要求的重型碳化物基底要好。CVD涂料TiC/TiCN/TiN或者TiN/TiCN/ Al2O3/TiN刀片运行良好。此外，PVD涂料TiN与Ti-TiCN涂层金属陶瓷一样有效。照例，都是冲着速度而来。使用CVD涂料能够运行的更快，当然陶瓷金属是最快的——特征是粗加工从360～650sfm，精加工从400～850sfm。每齿在.004～.012in之间时，每齿的走刀量相当稳定。

高温合金
为了延长模具寿命，模具制造商继续在做更硬的镍基和钴基模型材料试验。这些材料的易加工性一直是一个不利因素。它们非常坚硬，有时硬度达到57Rc。通常，含铝量高的新AlTiN涂料非常有效，因为它们的硬度和氧化稳定性更高。涂料的涂敷采用一种独特的溅射离子工艺，它能浇注一层很厚而且很均匀的涂层。涂层起绝热层的作用，它把产生的热量传到碎片上，而不是刀片上。粗加工速度在80～115sfm之间，精加工速度为90sfm。每齿走刀量在.004～.012in之间。金刚石涂料尚在开发阶段，但是最后也将成为一个选项，它将使这些高温合金材料的机加工更加有效。