模具的高效率粗加工及最佳刀具的活用技術

黛杰硬質合金工具供稿

在模具切削加工業界中，大家都在尋求更能縮短生產周期、降低成本的方法。在粗加工工序的高效率化方面，傳統地機夾式球頭端銑刀等只能單純的加大切深和進給，導致加工時產生的負荷過大，很難實現真正的高效率加工。所以，為了實現大切屑排出量，活用機夾式圓角刀來加工成為主流。下面介紹本公司的兩款可以提高加工效率的產品。

1. 雙面SKS

雙面SKS是實現極致的高進給的加工刀具，同時兼顧了成本問題。采用單面可用3個刃口、兩面共6個刃口的設計。具有以下特點：

（1）低阻力型刀片刃形。刀片外周切削刃部的后角設計成負角，使內刃的后角成為正角，后角面成Z字形。因此，切削刃部充分確保了刀尖強度，同時可以擴大前角，使其切削阻力比傳統的正角形高進給刀具更低。另外，由于內刃的后角為正角，刀具的耐崩刃性能和傳統的正角形高進給刀具相同。φ63mm的刀盤，其進刀傾斜角最大為3°。

（2）防止刀片轉動設計。刀片的緊固面設計成楔形，使刀片可以完全緊固在刀盤上，同時只要1個螺釘的力量，就可防止切削時阻力帶給刀片的振動。

（3）最佳的切削刃角及切削刃長。軸方向的最大切深量為3mm，最適當的外周切削刃角及切削刃長，L/D=6以上的大懸長加工也能穩定地高進給加工。

（4）高強度刀片形狀。7.5mm的加厚型刀片，斷面強度是傳統正角刀片的約1.5倍。更適合用于重切削及強斷續切削。由此，最大軸方向的切削量ap=3mm，每刃進給量fz=2mm/t的大切深、高進給加工成為現實，大幅提高了每單位時間的切屑排出量。

（5）采用新開發的（JC7560）的PVD涂層。該材質的母材具有良好的耐熱龜裂性及耐崩刃性能，且涂層被膜采用了不只僅有耐磨損層，還加上了低摩擦系數、耐氧化性良好的耐熱層等多層涂膜組合。在大切深、高進給加工中，由于不散熱、沖擊大等問題容易引起熱龜裂及由此帶來的崩刃，導致壽命短。

圖 1

2. EX-SKS的切削性能

下面是EX-SKS的切削性能測試結果：

（1）切削阻力的評價。加工的材料為碳素鋼（S50C），使用機床為BT50的立式加工中心，刀盤型號為EXSKS-5063R（φ63mm×5N），刀片型號為WNMU090720ZER－PM，刀片材質為JC7560，加工參數：vc=150m/min、fz=1.5mm/t、ap=1.5mm、ae=40mm，順銑、風冷，只裝1片刀片測試。

EX－SKS、本公司傳統正角刀片、及D公司負角高進給刀片的切削阻力比較如圖1所示。EX－SKS與本公司傳統正角刀片相比，切削阻力降低了18%。與D公司的相比，降低了10%。

（2）壽命的評價。加工的材料為預硬鋼（P20），加工機床為B T50的立式加工中心，刀盤型號為EXSKS－5063R（φ63m m×5N），刀片型號為WNMU090720ZER－PM，刀片材質為JC7560，加工參數為vc=150m/min、fz=2.0mm/t、ap=2.0mm、ae=45mm，順銑+逆銑、風冷，只裝1片刀片測試。

圖2是E X-S K S傳統材質JC8050和新材質JC7560，以及D公司的負角高進給刀具的壽命比較圖。D公司刀盤切削17.5m后，刀片大面積崩刃，傳統的JC8050材質切削35m后，刀片產生熱龜裂，壽命短。而新材質JC7560切削長達112m，刀片每個切削刃的總切屑排出量約為5L，結果良好。

圖 2

3. 大圓角刀WDR

（1）大圓角刀W D R的特點。大圓角刀WDR是一款粗加工用高效率的機夾式圓角刀，具有以下特點：

采用真實R的圓角刀片，刀片采用真實R10mm的圓角。提高了刀片刀尖強度，在加工鑄件等表面余量不均勻的工件或凸凹大的復雜形狀的工件時，仍能穩定加工。刀片有帶斷屑槽的YDMT1505100ZER及不帶斷屑槽的YDMW1505100ZTR（見圖3）。另外，大圓角的設計比傳統的模具加工用使用較多的機夾式球刀剛性好，可以抑制加工時產生的振動。并且加大了加工時的步距，改善了加工效率（見圖4）。

圖 3

防止刀片轉動設計，大圓角刀WDR刀片的緊固方式并不是傳統的雙壓緊式，而是簡單的單壓緊式。但在刀片的底面及刀體裝刀片處設計了防止刀片轉動的鍵槽，亦能提高堅固的效果（見圖5）。同時，簡易的單壓緊式，提高了更換刀片的操作性。

采用新P V D涂層的（JC7560）材質，和上述的EXSKS一樣，大圓角刀WDR的刀片材質也是采用了新研發的PVD（JC7560）材質。本材質實現了耐熱龜裂性、耐崩刃性、耐磨損性能的最佳化，從軟料到35HRC以下的預硬鋼粗加工，可發揮長壽命。

圖 4

圖 5

（2）大圓角刀W D R的切削性能。加工的材料為碳素鋼（S53C），使用的刀具為大圓角刀WDR，使用的機床為BT50的立式加工中心，刀盤型號為WDR－4063R（φ63mm×4N），刀片型號為YDMT1505100ZER，刀片材質為JC7560，加工參數為vc=180m/min、fz=0.7mm/t、ap=3.0mm、ae=40mm、順銑+逆銑、風冷，只裝1片刀片測試。

圖6所示是大圓角刀W D R傳統材質JC8050刀片、新材質JC7560刀片及A公司的類似產品的壽命比較。傳統的JC8050材質切削長為80m。A公司的刀盤在切削60m后產生熱龜裂，使磨損加大壽命短。而新材質JC7560刀片，切削80m后，后角面的最大磨損量未超過0.2mm，仍可繼續使用。

圖 6

4. 大圓角刀WDR加工實例

附表所示為改善加工效率、提高加工壽命的汽車沖壓模具（材料：F C250）的粗加工實例。

與現用的A公司產品相比，每單位時間的切屑排出量約為1.4倍。加工2h后，刀片有微小的正常磨損，仍可繼續使用。

5. 結語

以上所述為EX-SKS及大圓角WDR的特長和性能。有效地使用本文介紹的刀具，可使切削排出量更多，制造成本更低。

模具制造中，大家都在追求利用切削加工來提高生產效率，更進一步地降低成本。今后，黛杰仍會緊跟用戶的需求，提供新產品及新的加工技術，更進一步地提高加工效率，滿足用戶的需求。