高速、高精加工模具用CBN立铣刀
1 bnbp型cbn立铣刀的特点bnbp型cbn立铣刀的切削机理与以前的硬质合金立铣刀不同(见图1)。硬质合金立铣刀铣削模具时一般采用锋利的切削刃，而bnbp型cbn立铣刀的切削机理则是采用钝化切削刃，像精密磨削那样进行铣削加工，因此在低速条件下加工时切削抗力较大，难以充分发挥刀具性能，但在高速条件下加工高硬度钢时，不仅可显示出刀具使用寿命长的优势，还能获得高精度的加工表面。具有大负前角的切削刃是bnbp型cbn立铣刀具有高抗崩刃性并可获得优良加工表面的重要因素。 bnbp型cbn立铣刀具有以下优势：①具有接近硬质合金刀具的高抗崩刃性能，能实现加工；②能获得高精度的加工表面，可大幅度缩短精磨时间；③能胜任高硬度钢模具的高速加工，可大幅度缩短加工时间；④使用寿命超过涂层硬质合金刀具3倍以上，用1把bnbp型cbn立铣刀就能完成模具的精加工；⑤r圆弧精度达±5µm，能实现高精度加工。 图12 bnbp型cbn立铣刀性能对比
图2为分别使用bnbp型cbn立铣刀和其它公司的cbn立铣刀，在同一加工条件下进行铣削后切削刃和已加工面对比。可以发现，其它公司cbn立铣刀的中心切削刃附近已发生崩刃，加工表面有撕裂痕迹；而bnbp型cbn立铣刀的中心刃附近无崩刃现象、磨损也很小，加工表面相当漂亮。比较立铣刀中心切削刃的形状可知，bnbp型cbn立铣刀的中心刃厚度较薄。由于采用了大负前角，即使在中心刃附近也具有足够强度，因此可减小中心刃厚度，从而能获得漂亮的加工表面，防止中心刃崩刃。bnbp型cbn立铣刀采用了大负前角切削刃形状和抗崩刃性能*的bn350型cbn材料，因此能实现接近硬质合金加工条件的模具铣削加工。
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r1.0，n=20000r/min，f=2000mm/min，ad=0.05mm，rd=0.05mm；风冷；切削长度：100m
图2 切削刃磨损和加工表面比较
图3为在主轴转数1万转和2万转条件下铣削加工skd11(hrc60)模具钢时切削刃的照片。以1万转铣削加工时，cbn立铣刀的中心刃部分发生了崩刃，刀具寿命低于硬质合金立铣刀；但以2万转铣削加工时，硬质合金立铣刀的磨损较大，而cbn立铣刀几乎无磨损。模具加工用立铣刀的r精度达到±5µm是很普遍的，但涂层硬质合金立铣刀由于磨损使刀夹位置后退，大大降低了r精度；而cbn立铣刀几乎无磨损，因此能实现r±5µm精度的铣削加工。
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r1.0，f＝0.05mm/齿，ad=0.05mm，pf=0.05mm；风冷；切削长度：100m
图3 不同转数时切削刃损伤形态的变化
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r1.0，n=40000r/min，f=4000mm/min，ad=0.05mm，pf=0.05mm；油雾冷却
图4 高速加工时后刀面磨损量的比较
图5 用bnbp型cbn立铣刀加工模具实例
图4为在4万转条件下高速铣削skd11模具钢时刀具后刀面磨损的变化。与涂层硬质合金立铣刀的后刀面磨损量相比，bnbp型cbn立铣刀的后刀面磨损量极小，几乎可忽略不计。如果将刀具寿命设定为后刀面磨损宽度vb=0.014mm，则cbn立铣刀的寿命是涂层硬质合金立铣刀的10倍左右。加工hrc60硬度等级的淬硬钢时，在1万转条件下加工时，cbn立铣刀的寿命与硬质合金立铣刀相当；但在2万转条件下加工时，cbn立铣刀的寿命是硬质合金立铣刀的3～5倍；在4万转条件下则是硬质合金立铣刀的10倍。由此可见，主轴转数越高，cbn立铣刀与硬质合金立铣刀的寿命之差就越大。cbn立铣刀的价格约为硬质合金立铣刀的3倍，如果在2万转以上进行铣削加工，至少可以实现成本与硬质合金立铣刀相当。由于刀具寿命延长3倍以上，用1把立铣刀就能加工1件模具，可以大幅度缩短磨削工序。如果用bnbp型cbn立铣刀加工硬度不太高的模具材料，则刀具寿命可达到硬质合金立铣刀的30倍以上。 3 模具加工实例图5为用bnbp型cbn立铣刀加工零件用模具(切削条件见附表)。粗加工时，ad=0.1mm对原有的cbn立铣刀来说非常苛刻，而使用bnbp型cbn立铣刀不仅不发生崩刃，而且能实现稳定加工。精加工时，使用r0.3mm的bnbp型cbn立铣刀在36000r/min的高速条件下加工。图6为bnbp型cbn立铣刀和涂层硬质合金立铣刀精加工表面的放大照片。可见，cbn立铣刀的加工面进给刀痕清晰而均匀，而硬质合金立铣刀的加工面刀痕则不是十分清晰和均匀。因此，使用bnbp型cbn立铣刀加工可以大幅度减少后续磨削工作量。 表 切削条件工序使用刀具r
(mm)转数
(min)进给速度
(mm/min)ad
(mm)pf
(mm)
粗加 bnbp2r100-0554 1.0 25000 1500 0.1 0.2
半精加工 bnbp2r050-0254 0.5 25000 1000 0.05 0.1
精加工 bnbp2r030-0124 0.3 36000 500 0.03 0.02
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r0.3，n＝36000r/min，f=500mm/min，ad=0.03mm，pf=0.02mm；油雾冷却；megaⅲ加工中心
图6 切削刃磨损和加工表面比较
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图3为在主轴转数1万转和2万转条件下铣削加工skd11(hrc60)模具钢时切削刃的照片。以1万转铣削加工时，cbn立铣刀的中心刃部分发生了崩刃，刀具寿命低于硬质合金立铣刀；但以2万转铣削加工时，硬质合金立铣刀的磨损较大，而cbn立铣刀几乎无磨损。模具加工用立铣刀的r精度达到±5µm是很普遍的，但涂层硬质合金立铣刀由于磨损使刀夹位置后退，大大降低了r精度；而cbn立铣刀几乎无磨损，因此能实现r±5µm精度的铣削加工。
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r1.0，f＝0.05mm/齿，ad=0.05mm，pf=0.05mm；风冷；切削长度：100m
图3 不同转数时切削刃损伤形态的变化
工件材料：skd11(hrc60)；立铣刀：r1.0，n=40000r/min，f=4000mm/min，ad=0.05mm，pf=0.05mm；油雾冷却
图4 高速加工时后刀面磨损量的比较
图5 用bnbp型cbn立铣刀加工模具实例
图4为在4万转条件下高速铣削skd11模具钢时刀具后刀面磨损的变化。与涂层硬质合金立铣刀的后刀面磨损量相比，bnbp型cbn立铣刀的后刀面磨损量极小，几乎可忽略不计。如果将刀具寿命设定为后刀面磨损宽度vb=0.014mm，则cbn立铣刀的寿命是涂层硬质合金立铣刀的10倍左右。加工hrc60硬度等级的淬硬钢时，在1万转条件下加工时，cbn立铣刀的寿命与硬质合金立铣刀相当；但在2万转条件下加工时，cbn立铣刀的寿命是硬质合金立铣刀的3～5倍；在4万转条件下则是硬质合金立铣刀的10倍。由此可见，主轴转数越高，cbn立铣刀与硬质合金立铣刀的寿命之差就越大。cbn立铣刀的价格约为硬质合金立铣刀的3倍，如果在2万转以上进行铣削加工，至少可以实现成本与硬质合金立铣刀相当。由于刀具寿命延长3倍以上，用1把立铣刀就能加工1件模具，可以大幅度缩短磨削工序。如果用bnbp型cbn立铣刀加工硬度不太高的模具材料，则刀具寿命可达到硬质合金立铣刀的30倍以上。 3 模具加工实例图5为用bnbp型cbn立铣刀加工零件用模具(切削条件见附表)。粗加工时，ad=0.1mm对原有的cbn立铣刀来说非常苛刻，而使用bnbp型cbn立铣刀不仅不发生崩刃，而且能实现稳定加工。精加工时，使用r0.3mm的bnbp型cbn立铣刀在36000r/min的高速条件下加工。图6为bnbp型cbn立铣刀和涂层硬质合金立铣刀精加工表面的放大照片。可见，cbn立铣刀的加工面进给刀痕清晰而均匀，而硬质合金立铣刀的加工面刀痕则不是十分清晰和均匀。因此，使用bnbp型cbn立铣刀加工可以大幅度减少后续磨削工作量。 表 切削条件工序使用刀具r
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(mm)
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