加工模具鋼大部分是在熱處理前進(jìn)行切削加工，主要是平面銑削及型腔、凸模、溝槽等的立銑加工，切削加工后再進(jìn)行淬火、回火等熱處理，此時(shí)硬度可高達(dá)HRC50～60左右，甚至更高。高硬度可保證模具耐磨，使用壽命長(zhǎng)，但熱處理后零件易變形，材料變硬，加工性極差，只能用磨削，甚至用手工研磨等方法進(jìn)行，以達(dá)到最終精度要求。但這樣的加工效率低，加工不便，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，交貨遲，成本也大為提高，客戶(hù)不滿(mǎn)意。當(dāng)前事實(shí)上已形成這樣一個(gè)局面，哪一家公司能高效加工模具，交貨期短，相應(yīng)成本低，就能擴(kuò)大市場(chǎng)，擴(kuò)大銷(xiāo)售，在競(jìng)爭(zhēng)中贏得勝利。
為了滿(mǎn)足以上要求，人們改變了思路，是否熱處理淬硬后也能用刀具切削，特別是各類(lèi)型腔、型面等的加工也能用立銑刀來(lái)加工，且不但用于半精加工，甚至精加工，實(shí)現(xiàn)部分或完全以銑代磨。用刀具切削在單位時(shí)間對(duì)零件切除體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂輪磨削的切除體積量，即其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磨削，且在設(shè)備投資、占地面積、環(huán)境保護(hù)、降低總成本等多方面帶來(lái)諸多經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。下面分別敘述整體立銑刀為適應(yīng)上述要求而做的改進(jìn)。
為切削淬硬鋼，在刀具材料上進(jìn)行的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新
◆ CBN（立方氮化硼）材料開(kāi)始用于立銑刀
近年來(lái)，說(shuō)起以車(chē)代磨、以銑代磨加工淬硬鋼，通常首先想到運(yùn)用CBN（立方氮化硼）刀具材料，CBN其微粒硬度達(dá)HV8000～9000，其燒結(jié)體硬度PCBN硬度可達(dá)HV3000～5000，耐熱性達(dá)1400～1500℃。PCBN在800℃時(shí)硬度還高于陶瓷與硬質(zhì)合金的常溫硬度，故可以硬質(zhì)合金3～5倍的切削速度進(jìn)行切削，且其化學(xué)穩(wěn)定性好，在1200～1300℃高溫下，也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與碳也是在2000℃下才發(fā)生反應(yīng)。其對(duì)各種材料的粘結(jié)、高溫時(shí)的擴(kuò)散作用也比硬質(zhì)合金小得多，因此特別適合于加工鋼鐵材料。其導(dǎo)熱性為硬質(zhì)合金的20倍，僅次于金鋼石，并且它的導(dǎo)熱性隨著溫度的提高而增強(qiáng)。它與不同材料的摩擦系數(shù)僅為0.1～0.3。且隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)下降，而硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4～0.6。
三菱較早開(kāi)發(fā)了CBN材料的立銑刀，其CBN—2XLB，型R1x5球頭立銑刀（即球頭半徑為1mm，頸長(zhǎng)為5mm）銑削60HRc的SKDII模具鋼可以20000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，1700mm/min的進(jìn)給量，0.05mm的切深（背吃刀量），切削了800米，后刀面僅磨損0.03mm。若切深提高到0.1mm，也就是在較高負(fù)荷下，切削了400米，后刀面磨損高度僅0.022mm。由于其球頭精度高R公差為±5祄，外徑公差0～10祄，加工精度很高，為保持同樣的高精度，1根CBN高精度球頭立銑刀所能加工的表面，若換用相同高精度的硬質(zhì)合金球頭立銑刀需用7～8根。
在切削淬硬模具鋼時(shí)，若選擇CBN材料，雖價(jià)格貴，但因切削速度高可縮短加工時(shí)間，延長(zhǎng)刀具壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此可能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。
當(dāng)然如果脫離實(shí)際加工條件，一味選用新型材料也可能增加加工成本（CBN刀具刀片價(jià)格約是硬質(zhì)合金的6-10倍）。另外，使用新材料切削條件選用不當(dāng)時(shí)，也會(huì)影響加工質(zhì)量與刀具壽命。故應(yīng)對(duì)整個(gè)加工任務(wù)進(jìn)行評(píng)估，綜合權(quán)衡生產(chǎn)批量、加工時(shí)間、機(jī)床和刀具性能后，在保證加工質(zhì)量前提下，在較低的切削速度等條件下，有可能選用價(jià)格較低的涂層硬質(zhì)合金刀具，也可以實(shí)現(xiàn)較好的加工效果下面介紹。涂層技術(shù)與硬質(zhì)合金材料的新發(fā)展。
◆ 涂層技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步為淬硬鋼加工帶來(lái)的成果
據(jù)使用要求的不同，淬硬鋼的硬度通?？蛇_(dá)到HRc45～68。為順利切削工件，一般切削刀具的硬度需要達(dá)到被切削工件的3～5倍以上為宜。涂層硬度常用維氏硬度（Hv）測(cè)定，以三菱產(chǎn)品為例，其TiN涂層立銑刀為Hv1900，Mstar系立銑刀采用（Al，Ti）N涂層為Hv2800，VC型立銑刀即采用(Al，Ti，Si) N涂層的則為Hv3200，最近開(kāi)發(fā)的Impact Miracle納米級(jí)（Al，Ti）N涂層VF型立銑刀，其硬度進(jìn)一步提高，Hv達(dá)到3700，可以說(shuō)接近了PCBN的硬度值。其氧化開(kāi)始溫度與涂層結(jié)合力也進(jìn)一步提高，摩擦系數(shù)則不斷下降。三菱各類(lèi)涂層性能表見(jiàn)表1。以HRc值單純與Hv值相比的話，HRc68大約相當(dāng)Hv940，雖各硬度值提高與對(duì)比并非線性關(guān)系，但可看出Mstar的（Al，Ti）N涂層已可切削淬硬鋼，但硬度更高，氧化開(kāi)始溫度更高的Impact Miracle涂層即VF系列立銑刀可獲得更佳的效果。
Impact Miracle涂層VF系列立銑刀的切削實(shí)例有：
1） 以VF-2SB R1球頭立銑刀加工高速鋼SKH51（M2）制模具，模具硬度HRc65，切削用量為轉(zhuǎn)速20000轉(zhuǎn)/min進(jìn)給速度6000mm/min，每刃齒進(jìn)給量為0.15mm/齒，背吃刀量0.07mm側(cè)吃刀量0.2mm，風(fēng)冷，切削長(zhǎng)度達(dá)30m后，仍未損傷。
2） 以VF-MD φ6直角頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRc60），切削用量為轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度2160mm/min（0.045mm/齒）風(fēng)冷，切削長(zhǎng)度達(dá)100m未損。
3） 以VF-2SB R3球頭立銑刀加工熱加工用壓鑄模（材料為DH315、硬度HRc52），切削用量為轉(zhuǎn)速16000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1600mm/min，0.05mm/齒，背吃刀量（切深）2mm，側(cè)吃刀量0.2mm，順銑，風(fēng)冷。該材料韌性很高，切削120多米后才損傷。
4） VF-2SB R1球頭立銑刀切削HRc68以上的粉末高速鋼模具，切削用量為轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1260mm/min，每刃齒進(jìn)給量為0.08mm/齒，背吃刀量0.2mm，側(cè)吃刀時(shí)0.07mm，風(fēng)冷，順銑，可切削長(zhǎng)達(dá)50米以上，比一般立銑刀壽命高數(shù)倍。
5） 用VF-2SB R10球頭立銑刀加工模具鋼SKDII（HRc60）轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度240mm/min，每刃齒進(jìn)給量為0.1mm/齒，而背吃刀量可高達(dá)8mm，側(cè)吃刀量0.5mm，順銑，風(fēng)冷。在此大切深條件下，仍可切削30米，為老產(chǎn)品的3倍。
6） 用長(zhǎng)頸VF-2XLB R1x20球頭立銑刀加工深部型槽，模具材料為SKDII (HRc60)，切削用量為：轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給速度1000mm/min，每刃齒進(jìn)給量為0.05mm/齒，風(fēng)冷，順銑。往復(fù)切削可切削20米長(zhǎng)，比其它類(lèi)似產(chǎn)品壽命高一倍。
7） 用VF-MD直角頭立銑刀同時(shí)加工淬硬到HRc60的鋼側(cè)面與底面，切削穩(wěn)定，可獲良好表面質(zhì)量，切屑形態(tài)、色澤正常良好，切削速度為151m/min，每齒進(jìn)給0.1mm/齒，其底刃的耐缺損性，外周刃的耐磨性均好。
8） 用圓弧頭立銑刀VF-MDRB以切削速度50m/min，每刃齒進(jìn)給量為0.05mm/齒，切深0.5mm，切寬8mm，加工SKDII（60HRc）順銑，風(fēng)冷，可加工8米后，幾乎無(wú)損。
◆ 立銑刀基體硬質(zhì)合金超細(xì)微?；?/font>
立銑刀刀齒在加工時(shí)，反復(fù)承受沖擊載荷，因此必需具有足夠的韌性，切削淬硬材料時(shí)，切削力大，更應(yīng)提高韌性。一般如表1，涂層硬度愈來(lái)愈高，涂層保證了切削淬硬鋼的耐磨性，可切削性、韌性則更多的是靠基體材料來(lái)保證。涂層硬質(zhì)合金立銑刀的基體材料主要是韌性高、抗振性好的K類(lèi)硬質(zhì)合金，K類(lèi)硬質(zhì)合金主要成分是WC（碳化鎢）也就是要使WC結(jié)晶顆粒細(xì)化，表1中所列各類(lèi)涂層其表面涂層愈硬，應(yīng)愈使其基體晶粒細(xì)化，加工淬硬鋼的性能也越高。表1中Impact Miracle涂層基體材料的晶?？蛇_(dá)1祄以下，使其耐磨性與韌性同時(shí)提高。
為適應(yīng)淬硬鋼加工、立銑刀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
1) 球頭立銑刀結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使二主刀刃在頂刃中心構(gòu)成一點(diǎn)，以免生成橫刃，以降低切削力，改善中心部切削，消除啃擠，利于形成并排除切屑，球刃與外周刃間應(yīng)圓滑過(guò)渡不產(chǎn)生接痕。(圖1)
2) 直角頭立銑刀與圓孤頭立銑刀在底刃上的改進(jìn)：使底刃位置錯(cuò)開(kāi)，制造方便，以改善底刃中心部切削條件；并改善槽形以利排屑；刃部倒圓可提高刃口耐破損性，以適應(yīng)切削高硬度材料。（圖1）
3) 為提高壽命，增強(qiáng)剛性，特別設(shè)計(jì)了VF-2SSB型短刃立銑刀，全長(zhǎng)亦較短，是適熱套式夾緊刀柄的立銑刀。
4) 為實(shí)現(xiàn)以銑代磨，實(shí)現(xiàn)磨削可達(dá)到的高精度，必須提高立銑刀自身的精度。三菱高精度球頭立銑刀，球頭半徑R精度達(dá)±0.002mm，直徑精度0～0.01mm。圓孤頭立銑刀轉(zhuǎn)角部分圓孤R精度達(dá)0～±0.01mm，R的中心精度也達(dá)到±0.01mm，以上兩點(diǎn)保證了圓弧頭立銑刀也能實(shí)現(xiàn)高精度加工，不會(huì)發(fā)生介入獲加工不足。直角頭立銑刀直徑直徑公差也在0～±0.01mm范圍，以上立銑刀若有意識(shí)在直徑公差范圍內(nèi)對(duì)整批刀具按尺寸公差分段劃分若干組，則分組尺寸公差必然縮小，使各組立銑刀精度提高，以這樣高精度的立銑刀就可精加工出模具側(cè)面，可達(dá)到±0.005mm這樣的高精度，從而實(shí)現(xiàn)了用立銑刀高效高精度加工模具，完全免除了磨削加工。
表1 IMPACT MIRACLE 涂層的特點(diǎn)
Impact MIRACLE (Al，Ti，Si) N （Al，Ti）N
硬度 3700HV 3200HV 2800HV
結(jié)合力 100N 80N 80N
氧化開(kāi)始溫度 1300℃ 1100℃ 840℃
摩擦系數(shù) 0.48 0.53 0.58
的高效精密立銑加工