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　　為了在當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)中保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，模具制造商必須在極短的時(shí)間周期內(nèi)不斷生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了達(dá)到這一目標(biāo)，必須開發(fā)先進(jìn)的制造工藝技術(shù)和切削刀具材料，使模具加工車間能始終處于競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)地位。硬銑削作為這些先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)，一直在不斷發(fā)展之中。前幾年，由于受到當(dāng)時(shí)機(jī)床和切削刀具的局限，模具制造商未能真正采用硬銑削工藝。然而在今天，大多數(shù)配備有高剛性、高轉(zhuǎn)速主軸系統(tǒng)和先進(jìn)處理器的現(xiàn)代加工中心對(duì)切削硬材料都得心應(yīng)手。同時(shí)，先進(jìn)的CAM軟件包已有針對(duì)硬銑削的特定加工循環(huán)，設(shè)計(jì)了可使刀具壽命最優(yōu)化的刀具軌跡（刀路）功能。

　　硬銑削刀具的選擇

　　模具車間通常使用三種類型的銑削刀具：整體硬質(zhì)合金立銑刀、可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片以及最新開發(fā)的可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片。在不同的加工應(yīng)用中，這三種刀具各有其優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。

　　（1）整體硬質(zhì)合金立銑刀通常需要經(jīng)過精密磨削和涂層處理，其價(jià)格相當(dāng)昂貴。當(dāng)?shù)毒咦冣g時(shí)，必須進(jìn)行重磨和再涂層。但是，經(jīng)過重新修復(fù)的立銑刀其切削性能往往不如新刀好。

　　（2）第二類硬銑削刀具安裝有可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片。在大多數(shù)情況下，此類刀片的硬質(zhì)合金牌號(hào)及刀片幾何參數(shù)并不是專為硬銑削加工而設(shè)計(jì)的，因此在加工淬硬材料時(shí)不能提供最佳的刀具壽命和生產(chǎn)效率。

　　（3）第三類硬銑削刀具采用了可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片，尤其是晶須增強(qiáng)型陶瓷刀片。使用裝有可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片的刀具系統(tǒng)能夠帶來諸多好處，包括縮短加工周期和減少每個(gè)工件的加工工序。但是，使用這種刀具系統(tǒng)要求編程員和操作者都必須重新考慮加工工藝，并應(yīng)重視一些使用其它刀具時(shí)可能無須考慮的細(xì)節(jié)問題。

　　模具加工車間使用全套裝有晶須增強(qiáng)陶瓷刀片的硬銑削刀具系列（包括銑削表面、型腔和輪廓的可轉(zhuǎn)位刀片），就能將淬硬的毛坯粗加工成一個(gè)零件并在一次安裝中完成精加工。采用陶瓷刀片的銑刀（從大型面銑刀到小直徑立銑刀都采用可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片）能夠?qū)崿F(xiàn)安全的高速銑削。使用為硬銑削設(shè)計(jì)的陶瓷刀片銑刀進(jìn)行高速切削時(shí)，確保刀片夾持的安全性非常重要。

　　高速銑刀是基于陶瓷刀片銑削速度下的安全性和再現(xiàn)性來開發(fā)的。目前所用的晶須增強(qiáng)陶瓷的熔點(diǎn)超過2000℃，這就意味著陶瓷刀片能夠以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金刀片失效點(diǎn)的切削速度進(jìn)行加工。實(shí)際上，晶須增強(qiáng)陶瓷刀片能在高于硬質(zhì)合金刀片熔點(diǎn)的溫度下正常工作。用陶瓷刀片進(jìn)行硬銑削加工時(shí)不推薦使用冷卻液，但建議使用空氣冷卻法，尤其在型腔銑削中，以避免切屑的二次切削。減少冷卻液的使用及廢液處理費(fèi)用也是在硬銑削時(shí)使用陶瓷刀片可獲得的額外好處。

　　使用陶瓷刀片降低加工成本

　　使用陶瓷刀片硬銑削能以多種途徑幫助模具加工車間降低生產(chǎn)成本。首先，可以用一道工序替代多道工序。使用陶瓷刀片硬銑削時(shí)，可以先對(duì)鋼件淬火，然后在淬硬狀態(tài)下對(duì)工件進(jìn)行銑削加工，從而取代過去加工→淬火→再加工的三道工序。通過減少在不同加工階段安裝和搬運(yùn)工件的時(shí)間，可以縮短加工周期和改進(jìn)作業(yè)路徑。此外，用陶瓷刀片粗銑淬硬工件還能避免昂貴而費(fèi)時(shí)的EDM（電火花機(jī)床）加工，無需制作一個(gè)或多個(gè)電極。

　　第二，陶瓷刀片能夠以比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具高得多的速度加工淬硬鋼。將較高的加工速度、適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給率和正確的操作節(jié)拍結(jié)合起來，可使加工車間獲得令人印象深刻的金屬切除率。硬銑削時(shí)提高生產(chǎn)率的另一個(gè)關(guān)鍵因素是刀具的刀齒密度。刀具上每增加一個(gè)刀齒都會(huì)增大交叉進(jìn)給率。更高的切削速度加上更大的進(jìn)給率，帶來的結(jié)果是加工周期的縮短和資金的節(jié)約。

　　第三，經(jīng)陶瓷刀片粗銑后獲得的加工表面常常可以減少精銑加工余量，從而減少精銑加工和拋光處理所需的時(shí)間。用硬質(zhì)合金刀片以相對(duì)較小的進(jìn)給率銑削淬硬鋼時(shí)，通常可得到良好的表面光潔度，但很多時(shí)候，用陶瓷刀片粗銑加工的表面光潔度甚至優(yōu)于要求的加工光潔度。在某些情況下，額外的精銑、磨削和拋光加工都能省去，從而節(jié)約大量工時(shí)。

　　陶瓷刀片在硬銑削加工中的應(yīng)用

　　用陶瓷刀片進(jìn)行硬銑削加工時(shí)，基于材料硬度選擇適當(dāng)?shù)你娤魉俣群瓦M(jìn)給率是兩個(gè)至關(guān)重要的因素。不幸的是，切削深度、切削寬度以及刀具導(dǎo)程角通常都被人們所忽視。對(duì)這些因素如何影響刀具壽命的基本認(rèn)識(shí)可以使金屬切除率大不相同。如果刀具在不適當(dāng)?shù)那行钾?fù)荷或低效率的切削速度和進(jìn)給率下進(jìn)行加工，犧牲的不僅僅是刀具壽命，同時(shí)還有生產(chǎn)力。考慮到所有這些因素，可以發(fā)現(xiàn)切削參數(shù)的微小變化能夠造成令人驚訝的生產(chǎn)率變化。

　　（1）銑削速度

　　用陶瓷刀片成功實(shí)現(xiàn)硬銑削所需的切削速度基于實(shí)際的材料硬度（通常在45～65HRC范圍內(nèi)）。隨著溫度的升高，被加工金屬會(huì)軟化，使切削阻力減少并有助于切屑分離。為了充分發(fā)揮晶須增強(qiáng)陶瓷刀片在強(qiáng)度和硬度方面的優(yōu)勢(shì)，有必要以足夠高的表面速度（SFM）進(jìn)行加工，從而在切削區(qū)產(chǎn)生足以使金屬軟化的熱量，該速度可能高達(dá)傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀片切削速度的5倍。

　　然而，這并不意味著用陶瓷刀片進(jìn)行硬銑削時(shí)必須配備具有50馬力和最先進(jìn)處理器的新型高速加工中心，用陶瓷刀片銑削淬硬材料所需的速度并未超過現(xiàn)代模具制造車間大多數(shù)機(jī)床的加工速度范圍。由于產(chǎn)生的切削力小，加工時(shí)的功率消耗實(shí)際上也很低。用陶瓷刀片能在車間現(xiàn)有的絕大多數(shù)機(jī)床上進(jìn)行硬銑削，這也是它帶給工具系統(tǒng)的另一個(gè)好處。

　　（2）進(jìn)給率

　　程序設(shè)定的每齒進(jìn)給量與實(shí)際形成的切屑厚度之間的差異受到多種因素的影響，在編制淬硬零件的加工程序之前，考慮到這些因素是很重要的。程序設(shè)定的每齒進(jìn)給量可能會(huì)因切削條件而大大降低。切削深度、切削寬度以及刀尖圓弧半徑或刀具導(dǎo)程角都會(huì)對(duì)實(shí)際形成的切屑厚度造成影響。

　　實(shí)際切屑厚度是切削散熱的一個(gè)關(guān)鍵因素（切屑必須具有足夠大的質(zhì)量以帶走大部分切削熱）。當(dāng)切削深度和（或）寬度小于可接受的水平時(shí)，產(chǎn)生的切屑厚度就不足以帶走切削過程產(chǎn)生的所有熱量。而那些不能被薄切屑吸收的熱量總得有個(gè)去處，它將傳入工件、刀片、刀體以及夾具中。與此相比，讓切屑將絕大部分切削熱帶走效率更高。

　　進(jìn)給率以及對(duì)實(shí)際切屑厚度的影響也與刀片的切削刃直接相關(guān)。對(duì)于大多數(shù)陶瓷刀片，都需要采取一些保護(hù)切削刃的措施，例如采用負(fù)倒棱（通常稱為“T形棱帶”）加上對(duì)刃口進(jìn)行輕微鈍化（0.0005″～0.001″）。由于晶須增強(qiáng)陶瓷刀片的切削刃強(qiáng)度高，因此刀片只需采用很小的負(fù)倒棱（0.002″～0.004″）即可實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工材料的硬銑削。負(fù)倒棱可以改變切削力的方向使其傳入刀片本體，使切削刃處于壓應(yīng)力狀態(tài)，從而有助于強(qiáng)化刀片。用陶瓷刀片進(jìn)行硬銑削時(shí)，必須考慮切削刃的狀態(tài)，以確保實(shí)際進(jìn)給量等于或大于刀片上的負(fù)倒棱。如切屑太薄，正好作用于刀片最薄弱的切削刃部位，容易造成刀片早期失效。

　　（3）導(dǎo)程角對(duì)切屑厚度的影響

　　在很多情況下，陶瓷銑刀都要求有一個(gè)導(dǎo)程角，而圓形刀片的使用則更為普遍。刀具的導(dǎo)程角會(huì)使加工程序設(shè)定的切屑厚度減小，減小的百分比很容易計(jì)算出來。例如，采用正方形刀片、導(dǎo)程角為45°的銑刀的實(shí)際切屑厚度僅為編程設(shè)定的每齒進(jìn)給量的70%，因此，為使編程進(jìn)給率與實(shí)際切屑厚度相等，可以將編程進(jìn)給率加大40%。使用圓形刀片的銑刀也同樣適用這一原則。

　　圓形刀片半徑上的導(dǎo)程角根據(jù)切削深度的不同而在不斷變化，這就使圓形刀片銑刀的切屑變薄量難以計(jì)算，這是使用球頭立銑刀和牛鼻立銑刀時(shí)必須解決的一個(gè)常見問題，模具制造業(yè)的很多機(jī)械工藝師和編程員對(duì)切屑變薄的補(bǔ)償公式都很熟悉。如果考慮使用圓形刀片的陶瓷銑刀（如牛鼻銑刀），并對(duì)刀片半徑實(shí)施切屑變薄補(bǔ)償，就可以確保形成合適的切屑。采用這種方法，還可使進(jìn)給率比原編程進(jìn)給率提高20%～40%，獲得的金屬切除率也將數(shù)倍于硬質(zhì)合金立銑刀。

　　結(jié)論

　　雖然硬銑削也許并不能解決所有的問題，但對(duì)于那些需要通過改進(jìn)工藝充分利用每一點(diǎn)生產(chǎn)能力，同時(shí)力求將成本降至最低的模具加工車間來說，硬銑削確實(shí)值得加以認(rèn)真考慮。

　　總而言之，陶瓷刀片硬銑削的各種優(yōu)勢(shì)，如縮短加工周期、刀片的可靠性和可轉(zhuǎn)位能力、刀柄系統(tǒng)可重復(fù)使用以及卓越的表面精加工能力等，在提高生產(chǎn)力和節(jié)約成本方面顯示出令人印象深刻的潛力。以更少的成本獲得更高的生產(chǎn)力意味著模具車間能夠生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，這是一件好事。

　　雖然幾年前人們還認(rèn)為將陶瓷刀片用于硬銑削對(duì)于模具制造業(yè)并非最佳選擇，但隨著技術(shù)的成熟和刀具性能的改善，或許如今已到了重新考慮將陶瓷刀片應(yīng)用于模具加工車間的最佳時(shí)機(jī)。