為加工模具和模板選擇最有利的加工材料和工具本身的設計一樣重要,因為材料涉及工具的可加工性、硬度和期望的表面光潔度。模具和模板中的新材料、材料硬化的新塗料、預硬化處理材料和混合材料的使用等等讓製造工程師在最佳切割工具的選擇上感到莫衷一是。
新的硬質合金球刀,尤其是銑法中使用的球刀,已經改進了其快速並有效地敷設模槽、進行模具削方、勾邊以及仿形切削和精加工的能力。能夠使用大範圍不同刀片幾何圖形的多功能銑刀的發展現在允許所有類型的銑加工由一個刀片來完成——這樣能夠獲得更大的靈活性,降低成本。
一些新的定型銑削系統設計甚至允許用戶只改變不同長度調節器刀柄來提供通用性,再加上利用感應加熱、夾具及收縮安裝切割工具等性能優點的新「收縮配合」夾具技術,深槽工具的同心度和剛性被大大地改善了。這些改進措施給模具製造商提供了比以前能夠獲得的更好的金屬切割選擇範圍。這裡的選項非常多,比如,碳化物刀片製造商擁有20多種不同的碳化物刀片基底,這些碳化物基底能夠塗上鈦氮化物(TiN)、鈦碳氮化物(TiCN)、鈦碳化物(TiC)、鋁氧化物(Al2O3)、鋯碳氮化物(ZrCN)、鈦鋁氮化物(TiAIN)或者鋁鈦氮化物等。這些塗料單獨塗敷,也可以通過物理塗敷工藝(PVD)或者化學塗敷工藝(CVD)或者允許塗敷70%超薄層的多層CVD工藝混合塗敷。
塗料確實在很大程度上改善了磨損阻力、增加了工具壽命並使更高的速度和進料成為可能。PVD和CVD塗料因塗敷的工藝溫度不同而有區別。PVD工藝是一種低溫工藝,它提供摩擦係數很低的更精細的斷裂阻力塗料顆粒結構。因此,有PVD塗層的刀片刃口更鋒利。
現在,在這個選擇清單中又增加了幾種陶瓷材料,這時就會發現恰當的選擇實際上是多麼困難。因此,首先考慮在什麼地方為什麼發生了刀片故障以及加工不同模具材料一些的一些基本要求,這些可以為具體刀片類型的選擇作出參考。
故障分析
模具製造中所使用的切割工具刀片主要的故障情況是熱斷裂,然後是裂縫周圍的腐蝕、軋件材料(與焊接在工具刀片邊上的材料相似)的堆積,最後是邊碎裂。軋件材料像H11、H13、D2和A2工具鋼容易導致熱斷裂和工具邊的碎裂。
機加工過程中使用冷卻劑和高給料速度增強了熱斷裂。傳統的CVD塗層碳化物工具通常只局限於對付熱斷裂阻力。傳統的CVD塗料像TiC、TiCN和TiN能提供有限的熱阻隔性能但是卻有高穩定性、抗氧化和抗化學物的性能。Al2O3或者AlO3/ZrO2合成氧化物塗料可以提供增強了的化學抗磨損能力以及隔熱保護能力。這些類型的塗料的不利面是它們有限的斷裂韌度特性。通常抗拉應力在高溫(~1000℃)CVD塗料中較高。
在和氧化物塗層結合使用時,中溫(~850℃)多層MTCVD塗料像TiCN或者ZrCN的抗拉應力較小並且更適合於綜合斷裂韌度、抗磨蝕阻力、抗化學物磨損和抗熱斷裂等性能。在過去的5年中,使用以TiAIN合成物為基礎的PVD塗料有很多好處。這些類型PVD塗料的高抗氧化性能、高化學穩定性、高熱硬度和增強了的隔熱性能促進了其在高速(1,000-1,500sfm)機加工領域的使用。毫無疑問,使用PVD TiAIN塗料提高了機加工的生產率。
模具材料
因為銑削法是模具機加工的主要部分,最好把注意力集中在目前常用的模具材料上。此外,就碳化物級別和塗料來說,多數碳化物刀片製造商的產品相似,因此本質上是通用的。