改进刀具—提高模具型腔加工质量和效率

从模具型腔加工刀具的改进与使用上的做法，作一些实例说明，供国内同行采用与借鉴。

1 模具成型部分的粗加工方面

为提高型腔粗加工切削效率，各模具厂从使用高速钢球头立铣刀逐渐转向使用装涂层硬质合金可转位刀片的球头立铣刀和带圆弧形刀角立铣刀。球头立铣刀与带圆弧形刀角立铣刀各有优点，在经济上、刀齿数方面，带圆弧形刀角立铣刀为好，其铣刀上的可转位刀片多为圆形刀片，价格较廉，可使用刀角数相对较多。若立铣刀直径大，装刀片数就多，可实现更大进给量，为此三菱公司研制开发了大进给、高效省时的BRP 型带圆弧形刀角立铣刀。

BRP型立铣刀的结构、特长与用途 BRP 型立铣刀的粗加工不仅可进行模具的平面加工，而且适合型腔仿形和斜面加工，并尚可按螺旋线进给加工孔。可见BRP 型立铣刀的刀片定位方式，其特点是不仅用底平面、而且还可用刀片孔(插入短销)、刀片侧平面(靠在刀片座侧平面)来定位。这样的定位方式，使刀片无论在哪一方面受力，负荷方向如何变化，均能实现稳定切削。

BRP型立铣刀的种类 为适合不同形状、尺寸和材料的模具加工，应有多种刀片、刀柄种类与尺寸系列。如最小的BRP4型用R为4mm、Ø8的刀片。最大BRP8型，用R为8mm，Ø16的刀片。刀片有注重切削锋利性的带断屑槽刀片和注重强度的无断屑槽平顶刀片。为适应不同被加工材料，应有不同材料的刀片并涂以不同种类的涂层。

刀柄种类有带柄型、插柄型，其中带柄型的既是同一刀径，又可分标准型、长型、超长型三种，长型、超长型主要适应大型模具深部的加工。

BRP型立铣刀的切削性能 刀杆的悬伸长度必然影响切削用量选择，粗加工时要在一定切削速度条件下选择进给量。在不同的切削速度条件下，轴向切深与进给量的界限值，其切削宽度约为刀具直径之半。

在悬伸长度为50mm时，每齿进给量可达0.9mm到1.5mm，这在相关切削速度情况下，已达较高值，在粗加工中，可较好发挥其切削效能。当悬伸长度为200mm、切削速度为300m/min、轴向切深为3mm时，每齿进给量可达0.1mm，若切深减至1mm 时，进给量可达0.3mm。若切削速度下降至200m/min、轴向切深在4mm时，每齿进给量可达0.6mm，实现了高效加工。

BRP4型、BRP5型三种刀柄型式、不同悬伸长度下的有效切削区域。三种刀柄分别是标准型、长型、超长型，悬伸长度分别为50、120、170mm。若切削宽度定为刀片直径的3 / 5，切削速度固定为200m/mi，使用标准型刀柄时，当切深为3mm 时，每齿进给量可达0.5mm 至0.6mm，在Ø20，Ø25这样较细的杆径条件下，能达到这样的进给量，可以算是大进给量了。因此，刀柄悬伸长度对切削条件选择影响是很大的，特别在柄径较细的情况下。

BRP型立铣刀加工实例 汽车用塑料零件的成型模具粗加工，模具材料55号钢，采用小切深、超大进给方法，用BRP8型立铣刀，切深为1.25mm，每齿进给量2.4mm，切削速度164m/min，在大型机床上，用风冷进行干式加工，比原来的加工效率提高3 ～5倍。连续切削200mm 长度后的磨损状态，此刀片仍可继续使用，实现了大进给高效加工，它适用多种场合，并已得到良好的评价。

2 模具成型部分的精加工

精加工所耗费时间占模具总加工时间比例极大，广义地说精加工应包括精切削加工与研磨加工。若能提高精切削加工的效率，它不仅能缩短精切削加工时间，还可缩短以后的研磨工序时间。但是，刀具切削部分结构的改进，仍是重要因素。至今为止，精加工型腔成型部分的表面，仍主要采用整体球头立铣刀加工，因它富于柔性，适应仿形加工、等高线加工等而被广泛使用。为能高精度加工模具，对刀具要求如下:

球头R部位精度必须高，且刀刃锋利，若R 精度低，按程序加工模具，就难于保证尺寸精度。

一般球头中心部位切削速度为零，该处不是在切削，而是在挤压啃咬工件，造成精加工表面质量恶化，这部位是刀具设计改进最重要之处。

在精加工中，要求换刀是不可能的，因此要求刀具寿命长且稳定，为了不致产生突发性损伤，除开发最好的刀具材料与涂层外，也要设计制造可靠性高的刀刃形状。

BZD型超级球头立铣刀的结构特点 三菱公司最近开发了BZD 型超级球头立铣刀，并逐渐替代原有的BED型球头立铣刀。超级球头立铣刀与普通球头立铣刀在中心刃部结构上的区别与改进。超级球头立铣刀为提高加工精度，刀刃一直延伸到中心，也就是说即使在中心，立铣刀也不挤刮被加工材料，而是切削它，加工表面质量大幅度提高。由A部可知，超级球头立铣刀在顶端做出R 形状，而非一般球头立铣刀A 部为平头，这既减小了轴向力、又减少了切削残留面积，这样可加工出预定程序的轨迹、形状与尺寸。A 部的厚度实际上与刀芯的强度有关，若立铣刀直径变小，A部就会变薄，刀具就易损伤，而超级球头立铣刀的结构形状与刀具尺寸无关，各尺寸均能保证较稳定的强度。超级球头立铣刀为使切屑顺利排出需将容屑槽开口加大，防止切屑排出不畅，咬缠刀具，恶化表面质量。超级球头立铣刀在结构设计上考虑了刀刃的强度、锋利性和排屑性能，促进加工精度与表面质量等方面的平衡关系。为适应不同深度、不同形状型腔加工的要求，BZD型超级球头立铣刀划分为标准型、直柄超长型、锥柄超长型。标准型最小直径为0.4mm，超长型最小直径为2mm，最大全长为250mm。

超级球头立铣刀的材料 作为超级球头立铣刀不存在直角立铣刀易崩刃的90°刀角和中心部位切削速度为零的缺点，因此，要选择耐磨性能好、硬度高、耐高温、化学性能稳定的AP 涂层(Al、Ti复合氮化物)与耐磨、韧性好的母材。这种材料可适合加工各种模具材料包括预硬钢、高合金钢、淬火钢、不锈钢等。

超级球头立铣刀的切削性能

切削碳钢的刀具寿命与加工表面质量

超级球头立铣刀与两种一般球头立铣刀的磨损曲线，被加工材料是55号钢。经比较，超级球头立铣刀不仅耐磨性高且由于中心部位未发生挤压啃咬情况，加工表面质量好且稳定。

高速切削条件下的刀具寿命

在v=80m/min 条件下获得，若将速度提高到308m/min，实际切深处的切削速度为105m/min，列出了超级球头立铣刀与两种一般球头立铣刀在切刃中心部、切深边界部及大致这两点间的中央部的后面磨损量数据，可知超级球头立铣刀具有良好的耐磨性。

高硬度钢切削后的表面质量

按不同速度加工高硬度模具钢SKD11(52HRC)的表面质量情况，可知在两种不同切削速度下，超级球头立铣刀均可获得满意结果。

3 加工实例

耳机塑料模具加工 被加工材料为SKD11(60HRC)，刀具为R3球头立铣刀，一把刀由粗加工到精加工，一般立铣刀加工1个模具型腔后，损伤严重，已不能再用。BZD型加工2个型腔后，各部分仍属正常磨损，尚可继续加工。

玻璃容器模具加工 被加工材料为高强度铸铁FCD450，用超级球头立铣刀加工后，后续研磨工序时间减少30%，对加速交货非常重要。故精切削加工质量的评价标准是有否挤压、啃切的痕迹和需要花费多少研磨时间。

食具塑料模 被加工材料为NAK55(43HRC)。这种模具用一般球头立铣刀固然也可加工，但超级球头立铣刀由于优异的性能，进给速度可由500m/min提高到1000m/min，时间缩短一半，加工表面质量也能确保。