铣削硬化钢的成功因素

过去，在粗铣削硬化钢时，可以使用非常低的切削速度和进给率，以及大的切削深度和刀具行走距离。这种加工方法很慢，很费时间，而且会在工件上产生很深的阶梯状刀痕。因此，后续需要进行多次半精铣精加工和铣削操作。

另一种方法是对低硬度工件进行粗铣，然后进行热处理，接着在铣床上重新装夹硬化的工件，完成半精铣和精铣。还有一种方法是硬化钢的放电加工（EDM），但这个过程也非常耗时和昂贵。

目前，用于切割深度和大直径的高速硬滚压技术正在取代这些耗时的传统工艺。加工车间首先在模坯上钻孔和水线，然后进行热处理，再采用高速铣削策略，通过一次装夹完成粗铣和精铣。硬铣有很高的金属去除率。在粗铣之后可以得到接近净成形的工件，这大大减少了半精铣和精铣的工作量。硬铣的加工表面质量达到10-12rms。这可以显著提高生产效率，并减少多次装夹和重复加工工件的成本。

然而，高速硬铣技术的成功应用需要很好地理解和充分考虑影响该工艺的关键因素。

工件材料的硬度和可加工性

典型的淬火钢所测得的硬度范围通常为HRC 48 - 65。然而，在考虑实际工件的可加工性时，洛氏硬度并不代表一切。例如，D 2模具钢的硬度约为HRC 60-62，但其高铬含量（11%-13%）增加了材料的韧性，因此其工作能力接近于硬度为HRC 62-65的工件。对于D 2模具钢和类似的多成分合金钢，必须使用工具供应商提供的、一般适用于高硬度材料的切削参数。

保持恒定的芯片负载

在铣削操作中（特别是对硬化钢的高速铣削），延长刀具寿命和提高零件质量的关键是保持铣床切削刃提供的切屑负荷的一致性。切屑负荷=进给率：主轴转速x刀片数量。如果排屑量变化过于不当（或过大或过小），铣刀就会磨损、断裂或过快损坏。

在模具生产中铣削常见的三维轮廓时，保持恒定的切屑负荷特别困难。传统的编程方法通常采用线性高切削速度和大进给刀路，但在铣削复杂轮廓时，刀具引入的载荷不断变化，机床可能无法保持所需的切屑载荷。例如，当铣刀达到90°时，其切削角增加一倍，切削力增加。如果不降低进给率，铣床将迅速被打磨或损坏。为了生产不同的模具几何形状，机械师可以通过进给过载控制装置手动降低进给率，或者通过凸轮加工程序和机床控制系统使进给率达到合理水平。

通过在机床上加载凸轮加工程序和刀具，并将铣床的Z方向高度设置为工件的大约25.4毫米，加工工程师可以确定是否可以达到规定的进给速度。经过一次试运行，就可以知道实际的进给率。基本的物理学原理使得在任何时候都不可能保持所需的进给率和切屑负荷。一个有效的经验法则是，如果程序化进给率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，以使切屑负荷保持一致。

减少刀具跳动

在铣削加工中，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0.01毫米（人类头发直径的1/7），刀具寿命可能缩短一半。当使用规格非常小的铣刀时，尽可能地减少刀具跳动是非常重要的。对于小直径的铣刀，0.01毫米的运行使作用于单齿的切屑负荷增加一倍，加速了铣刀切削刃的磨损。虽然有些加工厂使用昂贵的机床和高端刀具，但他们使用的是低精度、低成本的刀夹，这是造成许多加工问题的重要原因。高精度的工具卡盘（如热装卡盘、液压卡盘）可以从根本上消除工具溢出的不利影响。

软件编程。

加工编程软件对于保持恒定的切屑负荷至关重要。与低级别的编程系统相比，高端CAM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割和切削，并使作用在刀片上的切削力保持在正确的水平。高端凸轮软件通常比较昂贵，但其好处一般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起着重要作用。为了有效地实施高速铣削策略，系统必须具有强大的计算能力，以快速处理由预先计算器指定的加工参数的快速变化。在高速铣削中，机床控制和伺服系统需要高速处理大量的代码块，以跟踪和执行复杂的机床运动指令，但旧的控制器和服务器可能无法满足这一要求。

可控的刀具寿命

如果仔细考虑切屑负荷和刀具跑偏（如机床刚性）等问题，高速铣削的刀具寿命会有意想不到的结果。铣削硬化钢时，正确应用铣床可以延长刀具寿命。当然，工具寿命的定义是另一个需要考虑的因素。客户对模具表面光洁度的要求会限制铣刀在更换刀具前的使用时间。

高的切削温度对刀具寿命有不利影响。因此，在高速铣削中，可以通过减少切削深度来增加铣刀的切削时间，让切削刃冷却下来，从而延长刀具寿命。当切割硬度超过HRC48的工件时，可以更换冷却剂，通常使用空气喷射冷却或油雾/气雾，以避免对工具的热冲击。在某些情况下，冷却液流可以冲走切屑，避免二次切割，但喷射冷却可以说是更好的选择，因为它更快，而且不要求工具承受严重的温度变化。

适当的切割工具

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，这些要求也反映在加工模具和部件的切削工具上。几年前，球头铣刀的典型半径尺寸公差是10微米。在接近5微米时，在成型精度较低的球头铣上加工的零件很难达到较高的精度。在对精度有严格要求的模具制造行业，液态硅挤压模具的错位误差已降至2微米，避免工具引起的误差非常重要。

由于硬化材料会产生大量的切削热，许多用于硬铣的硬质合金立铣刀都使用了热障涂层（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的微晶硬质合金（钴含量为8%），切削刃具有负前角，以防止刃口塌陷。对于精细铣削，可以使用立方氮化硼（cbn）铣刀，刀刃铣刀非常适用于粗加工。

微铣床可以加工以前只能用电火花加工机实现的精细特征。现在有小直径0.1毫米或更小的铣刀，如果采用较短的沟槽长度，可以有效地进行高速铣削。

各种因素的综合平衡

为了最大限度地提高淬火钢的生产效率和加工质量，必须全面应用精密刀具、先进的凸轮软件、高性能机床和高精度刀具组，并采取其他措施（如交换冷却剂）。刀具、机床和工件原材料供应商通常希望提供自己的专业知识和技能，以帮助加工车间实现实际的工艺平衡并达到其生产率目标