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不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨

H13钢能够作为热作模具钢，能够用于制作载荷较大的锻模、热挤压模、合金资料的压铸模、有色金属压铸模和要求较精密的塑料模等。从切削角度看，H13钢导热系数较小，工件散热性较差，在切削中会发生热量，引起刀具切削时温度快速升高，较高的作业温度会导致刀具作业时强度显着下降，进而缩段刀具使用寿数。

硬态切削是把淬火钢零件车削进程作为***后工序进行加工处理，且在切削加工中不添加使用任何切削液，煤矿锚杆帮锚钻头类型尺寸，涂层资料被涂覆在刀具基体上并与基体紧密结合在一起，有用进步刀具耐磨性和切削性能，并保持刀具基体自身的耐性，改进刀—屑之间的冲突，有用延伸刀具寿数。

PVD(物***相沉积)和CVD(化学气相沉积)两种办法是常用的涂层刀具制作工艺。TiAlN、TiN、Al2O3等涂层刀具常用来切削淬硬模具钢，它们虽然较PCBN和陶瓷硬度较低、热安稳性较差，但硬质合金的强度和断裂耐性很高，适用于淬硬H13钢的切削加工。Sasahara等使用涂层刀具进行了硬切削45钢的外表完整性的研讨，分析了切削参数对加工外表磨损、剩余应力的影响。侯志刚等对TP1000涂层刀片车削淬硬45钢和淬硬T10A钢进行了切削实验，得出TP1000车削淬硬45钢时首要磨损机理为磨料磨损以及氧化磨损，而破损机理首要是涂层的掉落。

为研讨不同涂层刀具切削H13钢的切削性能，进行三种涂层刀具车削加工淬硬H13钢的实验，经过对三种刀具涂层资料切削力、切削温度、刀具磨损以及刀具寿数的对比研讨分析，提醒不同种涂层资料刀具车削淬硬H13钢的特性，为实践生产中涂层刀具切削加工H13钢供给理论基础和实验依据。

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实验方案

切削实验所用涂层刀具分别是多层Ti化合物涂层、TiAlN涂层以及MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层。三种刀具的型号均为SNMG120408，其几何参数相同。实验用机床为一般车床CA6140(蕞大转速1400r/min，功率7.5kW)。试件资料为淬硬H13钢(硬度47-52HRC，首要成分见表1)，室温下的力学性能如表2所示。

表1 淬硬H13钢的首要化学成分(%)

表2 室温下H13钢的物理力学性能

图1为切削示意图，选用Kistler9129AA三向动态测力仪丈量切削力，刚度高、采样频率高、受温度影响较小。选用FLIR红外热像仪丈量切削温度，设备感温性能好，能进行非触摸丈量，携带使用方便。用FLIR热像仪丈量并记录每次实验的切削温度，并对实验数据进行分析。实验后选用超景深显微镜进行调查分析磨损的三种涂层刀具。

图1 切削实验示意图

分别选用5种不同的切削速度进行干切削实验。切削参数为：切削速度v=30.8m/min、61.2m/min、96.4m/min、124.1m/min、154.2m/min，切削深度ap=0.2mm，进给量f=0.102mm/r。选用Kistler 9129AA三向动态测力仪和FLIR红外热像仪丈量切削中安稳切削时的切削力以及切削温度。

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实验结果分析

(1)切削力分析

分别用MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层、TiAlN涂层以及多层Ti化合物涂层资料刀具对淬硬H13钢进行干切削，三向切削力的改变如图2所示。

(a)主切削力的改变

(b)径向力的改变

(c)轴向力的改变

1.MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层 2.TiAlN涂层 3.Ti化合物涂层

图2 涂层资料对切削力的影响

在整个切削进程中，三个方向上的切削力都呈上升趋势，主切削力随切削速度的改变趋势先减小后增大。这是因为低速干切削时，刀具刀尖部分会发生积屑瘤，导致涂层刀具实际作业前角增大，切削变形减小然后切削力减小；当进步切削速度时，积屑瘤逐步消灭消失，切削力开端逐步增大。轴向力的改变趋势是先增大后减小，原因是当切削速度较低时，工件外表粗糙度较高，残留的金属对刀具后刀面发生挤压，抵消了一部分的受力，使轴向力开端的时候较小。切削速度逐步增大后，工件外表质量会慢慢变好，外表逐步光滑，残留的金属减小了刀具后刀面的挤压力，帮锚钻头如何磨，轴向力逐步增大。

三种涂层刀具的径向力随速度增大上升趋势很显着，多层Ti化合物涂层刀具增大***为杰出。不同涂层刀具切削时遭到的切削力不同，多层Ti化合物涂层刀具遭到三个方向的切削力比其它两种涂层的刀具都大，而TiAlN涂层刀具遭到的切削力相对较小。这是因为TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具与TiAlN涂层刀具主切削力和径向力这两个方向的力相差不大，但MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具大于TiAlN涂层刀具的轴向力。

(2)切削温度分析

切削实验中，选用FLIR红外热像仪丈量切削温度(见图3)，获取安稳切削时的切削温度场，但丈量效果会遭到粉尘、切屑等因素的影响。设置红外热像仪的红外发射率为0.85。

图3 热像仪图画

切削速度v对三种涂层刀具切削温度的影响规则如图4所示。因为切削速度的进步，切削温度逐步上升。切削速度增大了，刀—屑间触摸面的冲突就会添加，很多的冲突热会随之发生，热量在短时间内难以分散出去使切削温度升高。切削速度变大，温度随之升高，但不同涂层刀具的切削温度也有所区别，相同切削速度时多层Ti化合物涂层刀具的切削温度蕞高，MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层刀具次之，并且随着切削速度增大切削温度上升的趋势安稳，用TiAlN涂层刀具切削工件时切削温度蕞低。

TiAlN涂层刀具外表的涂层资料的减磨和光滑效果优于其它两种涂层刀具。TiAlN涂层资料显着降低了刀具与切屑触摸面间的冲突，使刀—屑间触摸面和后刀面与工件间的冲突系数较小，冲突热发生相对较少，使刀具切削温度较低。

1.MT-TiCN厚Al2O3TiN涂层 2.TiAlN涂层 3.Ti化合物涂层

图4 涂层资料对切削温度的影响

机械 ，模具加工常用金属材料及其特性

11、SKD11——耐性铬钢

日本日立株式出产.在技术上改进钢中的铸造安排，细化了晶粒.较Cr12mov的耐性和耐磨性有所提高.延长了模具的运用寿数.

12、D2——高碳高铬冷作钢

美国产.具有高的淬透性，泰州帮锚钻头，淬硬性，耐磨性，高温抗痒化功能好，淬火和抛光后抗锈蚀才能好，热处理变形小，宜制作各种要求高精度，长寿数的冷作模具，刀具和量具，例如拉伸模，冷挤压模，冷剪切刀等。

13、SKD11(SLD)——不变形耐性高铬钢

日本日立株式出产.因为钢中MO，V含量添加，改进钢中的铸造安排，细化了晶粒，改进了碳化物描摹，因而此钢的强耐性(抗弯强度，挠度，冲击韧度等)比SKD1，D2高，耐磨性也有所添加，并且具有更高的耐回火性.实践证明此钢模具寿数比Cr12mov有所提高.常制作要求高的模具，如拉伸模，冲击砂轮片的模等。

14、DC53——高耐性高铬钢

日本大同株式出产.热处理硬度高于SKD11.高温(520-530)回火后可达62-63HRC高硬度，在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.耐性是SKD11的两倍.DC53的耐性在冷作模具制作很少呈现裂纹和龟裂.大大提高了运用寿数.残余应力小.经高温回头削减残余应力.因为线切割加工后的裂痕和变形得到按捺.切削性和研磨性超过SKD11.用于精细冲压模，冷锻，深拉模等.

15、SKH-9——耐磨性，耐性大的通用高速钢

日本日立株式出产.用于冷锻模，切条机，钻头，铰刀，冲头号。

16、ASP-23——粉末冶金高速钢

瑞典产.碳化物散布极均匀，耐磨损，高耐性，易加工，帮锚钻头怎么磨，热处理尺度稳定.用于冲头，深拉伸模，钻模，铣刀和剪切刀片等各类长寿数之切削东西。

17、P20——一般要求的巨细塑胶模具

美国产.可电蚀操作.出厂状态预硬HB270-300.淬火硬度HRC52。

18、718——高要求的巨细塑胶模具

瑞典产.尤其电蚀操作. 出厂状态预硬HB290-330. 淬火硬度HRC52

19、Nak80——高镜面，高精度塑胶模具

日本大同株式产. 出厂状态预硬HB370-400.淬火硬度HRC52

20、S136——防腐蚀及需镜面抛光塑胶模具

瑞典产. 出厂状态预硬HB＜215.淬火硬度HRC52。

21、H13——一般常用压铸模

用于铝，锌，镁及合金压铸.热冲压模，铝挤压模，

22、SKD61——高及压铸模

日本日立株式产，经电碴重溶技术，在运用寿数上比H13有明显的提高. 热冲压模，铝挤压模，

23、8407——高及压铸模

瑞典产. 热冲压模，铝挤压模。

24、FDAC——添加了硫加强其易削性

出厂预硬硬度338-42HRC，可直接进行刻雕加工， 无须淬火，回火处理.用于小批量模，简易模，各种树脂制品，滑动零部件，交期短的模具零件.拉链模，眼镜框模。

R1=100 ;(起点)

R2=-300;(螺纹长度)

R3=32;(螺距)

R4=24;(槽宽)

R5=5;(刀宽)

R6=2434;(螺纹外径)

R7=2400;(螺纹底径)

R11=1 (Z轴窜刀次数)

R12=0.5；(X向吃刀深度，半径)

R14=45；（角度）

R13=(R4-R5-R12)/(TRNUC((R4-R5-R12)/R5) 1)；（Z向每次位移）

R8=R6-R12*2 (X轴起刀点)

R10=R6 100 (X轴退刀点)

G90G95M3S14; ()

G0X=R10 Z=R1

AA:

G0Z=R1-R12

X=R8

G33 Z=R2 K32 SF=0

G0 X=R10

R1=100-R13*R11

R11=R11 1

IF R11lt;=TRNUC((R4-R5-R12)/R5 1 GOTOB AA

R12=R12 0.5

R8=R6-R12*2

R13=(R4-R5-R12)/(TRNUC((R4-R5-R12)/R5) 1)

R1=100

R11=1

IF R8gt;=R7 GOTOB AA

G0 X=R10

M30 ；（2016.12.16;13.32H）