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    淬火态模具钢对铣削加工刀具磨损的影响

    点击数:362018-11-27 来源:

    新切削刀具的快速开发使得加工淬火态模具钢成为可能。过去加工模具的一般方法是:先在软化状态下进行模具粗加工,接着淬火,然后电火花加工到最终尺寸。这种工艺会在模具表面形成一层硬的重融化层,此层必须抛光掉,获得合格的模具表面。

    抛光是非常耗时间的操作,有时难以抛光整个模具表面。今天模具已能在淬硬状态下用切削刀具加工成型,这种新技术将缩短制模周期。

    如何成功运用这种新技术,非常重要的一点是使用正确的切削刀具和切削参数。另外使用的加工刀具和刀具的加工路径对最终结果影响也很大。当铣削淬火态模具钢时,可以采用硬质合金、金属陶瓷或立方氮化碳硼(CBN)刀具。这里研究了使用CBN刀具时,材料及材料硬度对刀具寿命的影响。研究起始的意图是研究铣削50~60HRC不同牌号冷作模具钢时刀具的寿命。

    有报道CBN刀具非常适合于加工工件硬度超过50HRC的材料。随着工作的进展,铣削硬度50HRC左右的材料时刀具寿命很长。因此,我们决定将研究扩大到一些热作模具钢,热作模具钢的使用的硬度大多在40 ~50HRC.试验用的是含硫量不同的H13类热作工具钢。

    和意大利的Standex合作。

    1试验方法工中心上完成,加工刀具心轴转速为18000r/min,因而可能有非常高的切削速度。

    为了对不同工件材料的试验进行比较,使用了一个直径为32mm的双槽型易更换镶嵌式铣刀架(SumitomoBNE 3级(微粒度铣削级别)含60%CBN的SumitomoBNER32T.试验方法是单边齿铣削,切削数据如下:~800m/min之间变化轴向切削深度:7mm径向切削深度:0.5mm走刀量:每齿0.08mm平均切削厚度:。1mm所有试验中使用压缩空气冷却。铣削一直进行到刀具磨损0.2mm为止。预试表明如果CBN刀具磨损超过这个磨损极限,则会出现切削刃口崩裂,而不是刀具侧面平面磨损。所有试验使用爬升式铣削。

    2工件材料第一部分试验对HRC值为50,55及60的四种不同冷作模具钢进行了测试。

    表1试验用冷作模具钢的化学成分Wt%所用钢种的主要差别是它们的一次碳化物含量的不同。在ARNE和CALMAX材料中一次碳化物含量约0.5%~1%,RIQ0R中约4%而D2中约为14%.第二部分试验对三种不同的热作模具钢进行测热作模具钢的化学成分见表2.表2试验用热作钢的化学成分材料时,刀具寿命最短。

    处理到不同的硬度。采用小尺寸是为了确保材料经热处理后硬度均匀。

    3冷作模具钢铣削试验结果的纵轴表示刀具侧面磨损到0.2ram时的铣削长度,它随不同的切削速度及不同的材料硬度而变化。

    如图所示材料硬度为50HRC、铣削速度为220m/min时刀具寿命最长,用这种铣削速度,当达到侧面磨损指标0.2mm之前,可能铣削长度约130m,这代表铣削时间约12.3h.用这种材料,刀具的寿命似乎随着工件材料的硬度增加而降低。

    趔翌80 CALMAX材料铣削试验结果ARNE和CALMAX两种材料都有马氏体组织而不含大量一次碳化物。用CBN刀具加工含约4%―次碳化物的马氏体材料结果见,这里工件材料为UddeholmRIGOR.在切削速度超过220m/min日寸,铣削这种料时刀具寿命和材料硬度的关系。在材料硬度为50HRC、切削速度为400m/min时,刀具的寿命最长。以这种切削速度,刀具寿命达到196m铣削长度,即10.2h铣削时间。

    是不同铣削速度下,加工CALMAX材料的刀具寿命。材料硬度为50HRC、铣削速度为400m/min时刀具寿命最长。加工这种材料,其材料硬度与刀具使用寿命之间没有明显的关系。只是在700 ~800rn/min时刀具的寿命随工件材料的硬度墙加而降低。在低的切削速度下,材料硬度55HRC的用D2材料做同样试验时,结果完全不同。这种材料在马氏体基体组织上有14%的硬碳化铬,CBN刀具似乎不适合切削这类钢。

    是不同切削速度及不同材料硬度下刀具的寿命。由图可见,在所有切削速度及材料硬度下,刀具寿命非常短。

    4热作模具钢铣削试验的结果2000和硫化处理H13铣削试验的结果,其中硫化处理H13只做了400m/min和500m/min加工试验。有意义的是以小于700m/min的切削速度铣削ORVARSUPREME材料时,刀具寿命非常长,在600m/min切削速度下,刀具侧面磨损0.2rmn时的寿命大约切削280m,相当于实际切削时间铣削三种钢材的刀具寿命之间的差别令人惊讶,铣削两种易切削的改良钢种THG2000和H13+S,刀具的寿命比加工ORVARSUPREME材料还要低。

    5讨论此项研究表明使用CBN刀具铣削淬火工具钢时,其寿命很大程度上取决于工件材料、材料硬度和切削参数。当铣削淬火态钢材时能否使用CBN刀具最大的影响因素为钢的化学成分热作工具钢铣削试验结果加工硬碳化物含量高的钢材时刀具寿命很低,因此不适合使用氮化碳砸刀具;原因可能是硬的碳化物造成刀具的粘着磨损,碳化物阻止了切削刃前沿的剪切区域的软化。

    很难解释热作模具钢铣削试验的结果。OR-VARSUPREME是非常纯净的钢种,材料基体中非金属夹杂物的含量非常低。它在软化退火态下非常难加工,尤其是使用高速钢刀具。

    THG2000是经喂线钙化处理,且硫含量比OR-VARSUPREME稍高的易切削改良材料。当使用钨钢或高速钢刀具按常规切削参数加工时加工软化退火态或淬火态的THG 2000时,其加工性能较好。

    H13+S是高含硫量的易切削改良材料,使用钨钢或高速钢刀具进行常规加工,它的加工性能也比ORVARSUPREME材料要好。

    为什么使用CBN刀具加工易切削改良材料其寿命非常低,一种可能的解释是钢材基体中的硫化锰与镶嵌的CBN切削刃口起了反应。

    项目进一步的工作是验证上述判断是否正确。

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