整体立铣刀的合理选用第1讲铣刀材料合理选用

整体立铣刀的合理选用

第!讲铣刀材料合理选用

东华大学机械工程学院（上海!"""#$）章宗城

整体立铣刀广泛用于加工零件的侧面、成形面、槽、小平面等，特别在模具各种结构形状的型腔加工中，广泛地得到应用。随着模具工业飞速发展，其使用材料性能要求、加工精度不断提高，需加工结构形状愈来愈复杂，对立铣刀的要求也随之愈来愈高。立铣刀的结构形状、几何参数、材料品种非常繁多，为满足以上要求，只有合理选用才能保证高品质、高效、低成本、长寿命稳定地生产。为此先应该了解其加工特点，并了解各类立铣刀的分类及适用的范围。

!"立铣刀加工的特点

立铣刀加工主运动是刀具高速旋转，工件被固定在夹具及工作台上。其加工特点是：

（!）断续切削，刀具（立铣刀）不断受到冲击，刀刃易导致脆性损伤，即缺损、破损（俗称微崩、崩刃）。

（"）切削时刀刃迅速达到高温，空转时刀刃又迅速冷却，使刀具中热应力急剧变化，形成所谓“热冲击”，刀具易产生热龟裂，造成裂纹损伤。

（#）球头立铣刀加工时，在刀具上同时存在高速切削区（外径处）、低速切削区（刀头中心处）。切削速度低处，因挤压、刮擦、机械磨损大；切削速度高处产生热摩擦磨损。

由以上特点知：立铣刀既应能耐机械磨损、热磨损，也应能承受力与热变化造成的冲击载荷，能有足够韧性，具有抗缺损与抗破损性能，在广泛的速度范围中均能适应。

大型模具加工时，粗加工一般用大直径装可转位刀片立铣刀，精加工用整体立铣刀。小型模具由于可转位刀片立铣刀尺寸限制（目前最小为!$%%、!!&%%）。常常粗加工、精加工均选用整体立铣刀。

为合理正确选用整体立铣刀，首先应了解它有多少种类。至于装可转位刀片立铣刀的选用，由于各制造厂商结构、形状、尺寸、角度差异很大，此文就不加叙述了。

#"立铣刀材料选择的依据

切削工具的硬度必须是工件硬度的"’(倍。图!为以碳钢（"!&)*左右）和模具钢（#+&)*左右）作为被加工材料，选用立铣刀材料。若立铣刀主要损伤形态是磨损，为提高立铣刀寿命，可选择更硬的材料，直到钎焊,-.

刀片的立铣刀，价格当然较贵。立铣刀若是

图!选择立铣刀材料的依据

因缺损、破损而不能再用，则需反过来选韧性好的材料，直至高速钢立铣刀。若选用高速钢，则切削速度必须下降，工件硬度过高，高速钢可能无法切削（图"）、耐磨性不能保证（图#）、耐折损性不足（图(）和表面粗糙度值高（图/）。由图!时知，类金刚石涂层（01,）、金刚石等不适合加工钢件。

$"硬质合金与高速钢

（!）硬质合金立铣刀与高速钢立铣刀耐磨损性比较（见图#）此例为加工预硬钢，预硬钢硬度虽高但被切削性尚可，用高速钢刀具易急激磨损，这是因为高温硬度下降之故。

（"）硬质合金立铣刀与高速钢立铣刀耐折损性比较（见图(）高速钢立铣刀折损原因是易磨损，磨损增大后切屑熔结的产生易造成折损，粘结与熔结又使排屑困难，从而造成切削力增大，使在某些条件下比硬质合金刀具更快折损。

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图!

立铣刀切削速度与被切削材料硬度

图"硬质合金与高速钢立铣刀耐磨性比较

被切削材料：预硬钢#$%&&（’()*+）

使用工具：’刃!,--立铣刀

切削条件：!./"(-0-12"/3,((40-12

#5/(6(!--05!7/3!8--0-12$9/:--$;/(6,--

顺铣干切

图’硬质合金与高速钢立铣刀耐折损性比较

使用工具：!,--’刃螺旋角"(<

切削条件：!./"(-0-12/"/3,((40-12

#5/(6(’--05!7/!&(--0-12

$9/:--$;/(6,--顺铣水溶性切削液

（"）硬质合金立铣刀与高速钢立铣刀立壁面加工精度与加工表面质量比较（图&）高速钢立铣刀易弯，立壁面加工精度低，切屑容易熔结，故加工表面粗糙度值也高。硬质合金整体立铣刀目前国内已渐被广泛使用，各大工具厂商并已使用超微细硬质合金来制作立铣刀，它较之一般硬质合金具有更高的耐磨性与韧性。其抗弯强度达到’6(=>?

左右，高出一般硬质合金一倍。

图&硬质合金与高速钢立铣刀加工表面粗糙度等比较

被切削材料：&(钢（!’8)@）使用工具：!,--’刃螺旋角"(A 切削条件：!./"(-0-12"/3,((40-12#5/(6(’--05!7/!&(--0-12$9/:--$;/(6,--顺铣切削长度：B-水溶性切削液

!"涂层刀具

硬质合金整体立铣刀并广泛采用各种>CD 涂层，使其生产效率与寿命进一步提高，各种涂层的特点如表3所示。

表#硬质涂层的种类及其特性

涂层种类颜色硬度（)C ）摩擦系数

涂层厚度0!-耐磨性耐磨蚀性抗氧

化性抗烧

伤性E1#

金色!(((F !&(((6"(F (6’&36(F ’6(较好较好较好

较好E1+#3红紫色"(((左右(63(F (63&36(F ’6(最好差

差较好E1+#!

灰色"(((F "&(((63(F (63&36(F ’6(最好差

差

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白金色!(((F !!(((6"(F (6’&36(F ’6(较好较好差

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（+4I E1#）

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透明

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(6&F 36&最好差

差

最好

由图"、’、&可知除因机床刚性低，转速低的情况选用价格低韧性高的高速钢立铣刀外，选用硬质合金等制造的立铣刀可获得更高加工效益与加工质量。立铣加工铜、铝等非铁金属时，可以用高速钢或%类硬质合金制造的立铣刀。铝、铜对这两类刀具材料也有较强的粘结性，熔结性。为减少粘结、熔结，提高铜的加工质量与效率可使用+4#涂层立铣刀，它对铜的摩擦系数大大低于其他涂层与无涂层。在铜电极与铜零件加工时，可优先选用这种涂层。

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