成功铣削硬化钢的关键因素

过去粗铣淬硬钢时，只能采用很低的切削速度和进给量，以及大的切削深度和刀具的走刀距离。这种加工方法速度慢、耗时长，而且有可能在工件上形成较深的阶梯刀痕。因此，需要进行多次后续的半精铣和精铣。另一种选择是对硬度较低的工件进行粗铣，然后对其进行热处理，然后将淬硬的工件重新装夹在铣床上，通过多次装夹完成半精铣和精铣。另一种方法是对淬硬钢进行电火花加工（EDM），但该工艺也非常耗时且成本高。

现在，小切深、大进给的高速硬铣技术正越来越多地取代这些费时费力的传统工艺。机加工车间可以先在模具毛坯上钻孔和水线，然后进行热处理，然后采用高速铣削策略，通过一次装夹完成粗铣和精铣。硬铣削具有很高的金属去除率。由于粗铣后可以得到接近最终形状的工件，因此可以大大减少半精铣和精铣的工作量。硬铣的加工表面光洁度可达10-12rms。该工艺可显着提高生产效率，降低工件多次装夹和重复加工的成本。

但是，要想成功应用高速硬铣削技术，还需要深入了解和充分考虑影响工艺的关键因素。

工件材料的硬度和切削加工性

为典型的硬化钢测量的硬度范围通常是 hrc48-65。但是，在考虑实际加工的可加工性时，洛氏硬度并不代表一切。例如，D2模具钢的硬度约为hrc60-62，但其高铬含量（11%-13%）增加了材料的韧性，因此其切削加工性更接近于硬度为hrc62-65的工件材料。对于D2模具钢和类似的多元合金钢，必须使用刀具供应商提供的切削参数，一般适用于硬度较高的材料。

保持恒定的芯片负载

在铣削（尤其是淬火钢的高速铣削）中，延长刀具寿命和提高零件质量的关键是保持铣刀切削刃所承受的切屑负荷的一致性。切屑负荷=进给速度÷主轴转速×刀片数量。如果切屑负荷变化太大或不适当（太大或太小），铣刀就会磨损、折断或过快损坏。

在模具生产中铣削常见的 3D 轮廓时，特别难以保持恒定的切屑负载。传统的编程方法通常采用直线高切削速度和大进给刀具路径，但在铣削复杂轮廓时，刀具所承受的载荷不断变化，机床可能无法保持所需的切屑载荷。例如，当铣刀达到90°角时，其切削角会增加一倍，切削力也会增加。如果不降低进给速度，铣刀会迅速磨损或损坏。为了铣削变化的模具轮廓，加工技术人员可以通过进给过载控制器手动降低进给速度，或者凸轮加工程序和机床控制系统共同将进给速度降低到合理的水平。

通过将凸轮加工程序和刀具加载到机床上，并将铣刀的z方向高度设置在工件上方约25.4mm，加工技术人员可以确定是否可以达到规定的进给速度。实际进给速度可通过一次试运行得知。物理学的基本原理使得不可能始终保持所需的进给率和切屑负载。一个有用的经验法则是，如果编程进给速度的保持时间小于总加工时间的 80%，则必须相应降低主轴转速，以确保切屑负载一致。

减少刀具跳动

在铣削中，另一个重要但经常被忽视的因素是刀具跳动。一般来说，如果跳动大于0.01mm（人头发直径的1/7），刀具寿命可能会缩短一半。在使用规格非常小的铣刀时，尽可能减少刀具跳动非常重要。对于一些小直径铣刀来说，0.01mm的跳动会使作用在单齿上的切屑载荷加倍，导致铣刀刃口加速磨损。一些加工车间虽然使用昂贵的机床和高档刀具，但使用的是低成本的工具夹头，精度不高，这是造成许多加工问题的重要原因。高精度刀具夹头（包括热装夹头、液压夹头等）基本可以消除刀具跳动的负面影响。

采用高级编程软件

加工编程软件对于保持恒定的切屑负载至关重要。与低级编程系统相比，高端凸轮系统可以使用更多的数据点来定义刀具路径。这种凸轮程序还可以控制刀具的切入和切出，使作用在刀片上的切削力保持在合理的水平。虽然高端 CAM 软件通常更昂贵，但其收益通常可以超过较高的初始购买成本。

机床控制系统的功能在高效铣削中也起着重要作用。为了有效地实施高速铣削策略，机床必须具备强大的计算能力，能够提前预测并平滑处理凸轮程序指定的加工参数的快速变化。在高速铣削中，为了跟踪和执行复杂的机床运动指令，需要机床的控制和伺服系统高速处理大量的代码块，但旧的控制器和服务器可能无法满足这一点要求。

管理刀具寿命

对于高速铣削的刀具寿命，只要认真考虑切屑负荷、刀具跳动等问题（如机床刚性），就可以产生意想不到的结果。铣削淬硬钢时，正确使用铣刀可以延长刀具寿命。当然，刀具寿命的定义也是需要考虑的因素之一。客户对模具表面光洁度的要求可能会限制铣刀在更换刀具前的使用时间。

高切削温度会对刀具寿命产生不利影响。因此，在高速铣削中，使用较小的切削深度可以增加铣刀退出切削的时间，从而使切削刃冷却，从而延长刀具寿命。在铣削硬度大于HRC 48的工件材料时，为了避免对刀具产生热冲击，通常可以采用喷气冷却或油雾/气雾来代替冷却液。虽然在某些情况下，冷却液流可以冲走切屑并避免二次切削，但喷射冷却无疑是更好的选择，因为它不需要刀具承受快速和剧烈的温度变化。

选择合适的切割工具

与整个行业的发展趋势一样，模具产品对尺寸精度的要求越来越高，而这些要求体现在用于加工模具及其零件的刀具上。几年前，球头铣刀的典型径向尺寸公差为 10 μ m。现在接近5μm。对于成形精度低的球头立铣刀加工的零件，很难达到高的配合精度。在精度要求严格的模具制造行业（例如液态硅胶挤出模具的错配误差降低到2μm），避免工具造成的误差非常重要。

由于铣削硬化材料会产生大量切削热，许多用于硬铣削的硬质合金立铣刀使用热障涂层（如AlTiN涂层）。为了提高耐热性和强度，这些铣刀通常采用高硬度微晶硬质合金基体（钴含量8%），切削刃采用负前角以防止刃崩。精铣时可以使用立方氮化硼（CBN）刀具，刀刃立铣刀非常适合粗铣。

微型铣刀可以加工以前只有电火花加工才能实现的微观特征。目前，直径小至0.1mm的铣刀已经面市，即使是这么小的刀具，只要采用更短的槽长，也能有效地应用于高速铣削。

综合平衡各种因素

为最大限度地提高铣削淬硬钢的生产效率和加工质量，应综合应用精密刀具、先进的CAM软件、高性能机床、高精度刀夹等措施（如更换冷却液）。刀具、机床和工件材料供应商通常愿意提供自己的专业知识和技能，帮助加工车间实现真正的工艺平衡并实现其生产力目标