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加工模具用高效长寿命切削刀具材料

1）模具材料变化带来的问题

　　近年来，随着模具材料的性能不断提高，模具的寿命不断延长，但同时模具材料的可加工性（切削和磨削）也越来越差。近年来，模具的加工方法发生了很大变化，正从机械加工→淬火→精加工的传统加工方式向直接切削加工淬硬材料的方式转变，从而减少了加工工序，降低了加工成本。对于SKD61等淬硬材料，直接切削加工不会出现太大问题；但对于近年来新开发的跨世纪的新型模具材料，则既无法提高切削条件，也难以保证刀具寿命。这是一个不能忽视的大问题。

　　（2）可切削性恶化的原因

　　当前，对应于各种不同的使用目的，对模具材料的性能进行了最优化，其共同追求的性能特点是高硬度、高韧性、高耐蚀性、已加工表面光洁美观、质量优良等。为了满足这些特性要求，需要采取添加各种合金元素、控制材料结晶组织、清除杂质等措施。但是，从切削刀具的角度来看待这些性能改进，就会发现它给刀具带来了比切削抗力上升、因粘结导致刀尖损坏的危险性增大、易切削成分减少等难题。为了解决这些问题，就必须开发耐热性、抗粘结性等切削性能优异的刀具材料。

　　（3）开发新型刀具材料的必要性

　　为了解决上述问题，山特维克公司开发了铣削模具用涂层硬质合金材料。在铣削一般硬度材料时，可采用具有较高的耐热性、耐磨性、化学稳定性的涂层硬质合金刀具。而在铣削SKD61淬硬钢时，使用以K类（GC3040）硬质合金作为基体、涂有M2O3涂层的刀具是最好的选择。但是，这些刀具对于跨世纪的新型模具材料并不适用。用CVD法涂覆的涂层硬质合金刀具不能保持锋利的切削刃，在涂层内部残留有拉应力，在铣削粘而硬的模具材料时，在切削刃的涂层上容易产生微崩刃，并会逐步扩展为较大崩刃。

　　用2种PVD涂层刀具材料和3种CVD涂层刀具材料做了铣削DAC55（硬度HRC47）模具材料的刀具寿命对比试验。3种CVD涂层材料是在不同基体材料表面涂覆不同厚度的TiN-Al2O3-TiCN三元涂层材料；2种PVD涂层材料是在不同基体材料上涂覆含Al比例不同的TiAlN涂层。观察切屑厚度与刀具寿命的关系，可以看出，PVD-TiAlN涂层材料排在第1和第2位，尤其是含Al量多的PVD-TiAlN涂层材料的切削寿命优于其他四种材料。TiAlN涂层之所以能获得高耐热性，是由于在涂覆过程中，Al与空气中的氧反应生成氧化铝的结果。但是，由于PVD涂层与基体的结合强度有一定限度，因此对于粘性材料的加工就不大适应。在切削DAC55工件材料（HRC47）的加工实例中（试验刀具：R210-063Q22-14M；切削速度：Vc=50m/min；刀齿数：z=1；轴向切削余量：ap=1mm；径向切削余量：ae=1mm；顺铣；干切削；刀具寿命判断标准：VB=0.2mm），最长的刀具寿命也只有25分钟。因此，需要开发高性能的新型涂层材料。