不同涂层刀具切削淬硬H13钢加工性能研讨
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，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。
1
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。
2
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，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。
图4 涂层资料对切削温度的影响
对于金属切削加工零件资料来说,除了可以满意制品的功能,并可以通过后续加工，满意对其装饰性、耐蚀性、导电性等性能要求外，还希望它可以有杰出的切削加工特性。 工件资料的切削加工性是指在必定切削条件下，工件资料被切削的难易程度。为了对各种资料的切削加工性进行比较，用相对加工性Kr来表明。 它是以切削抗拉强度σb=0.735Gpa 的45钢，耐用度T=60min时的切削速度υ060为基准，与切削其它资料时的υ60的比值，即Kr=υ60/υ060 。 当Krgt;1 时，该资料比45钢容易切削，切削性能好；当Krlt;1 时，该资料比45钢难切削，切削性能差。常驻机构用资料的切削加工性，根据相对加工性Kr的巨细分为8 级，如下表所列。 零件毛坯的挑选和加工余量
1.零件毛坯的挑选 毛坯品种的挑选决定于零件的资料、形状、出产性质以及出产中获得的可能性。毛坯可以选用下列几种：轧制资料（截面为圆形、六角形或正方形等的棒料、板料以及带料等）和成型毛坯（铸件、锻件以及冲压件等）。
2.毛坯的加工余量 机械加工中毛坯尺寸与竣工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量。加工余量的巨细取决于加工过程中各个工步应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规则的公称尺寸之间的误差数值。
3.工序间的加工余量 1) 应选用蕞小的加工余量，以求缩短加工时间，下降零件的制造费用；
2) 应保证各工序有充分的加工余量，能在后的工序中保证图纸所要求的精度及外表粗糙度；
3) 应考虑到零件热处理时引起的变形；
4) 应考虑加工零件时所选用的设备及加工办法，以及零件在加工过程中可能发生的变形；
5) 应考虑到被加工零件的巨细，零件愈大则所要求的加工余量也应愈大。
4.挑选工序间工序公役的准则 1) 公役不应超出经济的加工精度范围；
2) 挑选公役时应考虑到加工余量的巨细，公役的边界决定加工余量的极限尺寸；
3) 挑选公役时应根据零件的后精度；
4) 挑选公役时应考虑出产批量的巨细，对单件小批量出产的零件答应挑选大的数值。螺纹设计加工
1.一般螺纹的加工办法 一般外螺纹的加工办法主要有：板牙加工、螺纹铣刀铣削加工、螺纹搓丝板和滚丝轮滚扎加工。一般内螺纹的加工办法主要有：丝锥加工、螺纹铣刀铣削加工。
2.一般螺纹加工常用数据一般螺纹的标记
螺纹公役带代号的标示在螺纹代号之后，中心用“-”分隔。如果螺纹的中径公役带代号不同，则别离注出。 前者表明中径公役带，后者表明顶径公役带。如果中径公役带与顶径公役带代号相同，则只标示一个代号。例如：M10-5g6g，M10×1-6H。 内、外螺纹装配在一起，其公役带代号用斜线分隔，左面表明内螺纹公役带代号，右边表明外螺纹公役带代号。例如：M20×2-6H/6g；M20×2左-6H/5g6g。 一般情况下，不标示螺纹旋合长度，其螺纹公役带按中等旋合长度确定。必要时，在螺纹公役带代号之后加注旋合长度代号S或L，中心用“-”分隔。例如：M10-5g6g-S，M10-7H-L。【金属加工微信，内容不错，值得重视！】 【螺纹公役带三组旋合长度别离表明为：S（短）、N（中）、L（长）】。特殊需要时，可注明旋合长度的数值，中心用“-”分隔。例如：M20×2-5g6g-40。 一般螺纹公役带的选用及精度等级英制螺纹的尺寸系列
模具种类
金属冲压模具：连续模、单冲模、复合模、拉伸模
塑胶成型模：注塑模、挤塑模、吸塑模
压铸模具
锻造模具
粉末冶金模具
橡胶模具
模具加工流程
开料：前模料、后模模料、镶件料、行位料、斜顶料。
开框：前模模框、后模模框。
开粗：前模模腔开粗、后模模腔开粗、分模线开粗。
铜公：前模铜公、后模铜公、分模线清角铜公。
线切割：镶件分模线、铜公、斜顶枕位。
电脑锣：精锣分模线、精锣后模模芯。
电火花：前模粗、铜公、公模线清角、后模骨位、枕位。
钻孔、、顶针；模具顶水路孔加工行位、行位压极。
斜顶、复顶针、配顶针。
根本特色
1.加工精度要求高：一副模具一般是由凹模、凸模和模架组成，有些还或许是多件拼合模块。于是上、下模的组合，镶块与型腔的组合，模块之间的拼合均要求有很高的加工精度。精密模具的尺寸精度往往达μm级。
2. 形面杂乱：有些产品如轿车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器，其形状的表面是由多种曲面组合而成，因而，模具型腔面就很杂乱。有些曲面必须用数学计算方法进行处理。
3. 批量小 ：模具的出产不是大批量成批出产，在很多情况下往往只出产一付。
4.工序多 ：模具加工中总要用到铣、镗、钻、铰和攻螺纹等多种工序。
5.重复性投产模具的运用是有寿数的：当一付模具的运用超越其寿数时，就要更换新的模具，所以模具的出产往往有重复性。
6.仿形加工模具出产中有时既没有图样，也没有数据，并且要根据实物进行仿形加工。这就要求拷贝精度高，不变形。
7.模具资料优异，硬度高模具的主要资料多采用合金钢制造，特别是高寿数的模具，常采用Crl2、CrWMn等莱氏体钢制造。
根据上述诸多特色，在选用机床上要尽或许满意加工要求，如数控系统的功用要强、机床精度要高、刚性要好、热稳定性要好、具有仿形功用等。
加工工艺流程
1.底面加工，加工量保证。
2.铸件毛坯基准找正，2D、3D型面余量查看。
3.2D、3D型面粗加工，非装置非工作平面加工。
4.半精加工前，侧基准面的找正确保精度。
5.半精加工2D、3D型面，精加工各类装置工作面，半精加工各类导向面、导向孔，留余量精加工工艺基准孔及高度基准面，并记载数据。
6.检验复查加工精度。
7.钳工镶作工序。
8.精加工前，工艺基准孔基准面找正，镶块余量查看。
9.精加工型面2D、3D，侧冲型面及孔位，精加工工艺基准孔及高度基准，精加工导向面及导向孔。
10.检验复查加工精度。
注意事项
1.工艺编制简明、表达详细，加工内容尽量数值化表达。
2.加工***难点处，工艺要特别强调。
3.需要组合加工处，工艺表达清楚。
4.镶块需独自加工时，注意加工精度的工艺要求注明。
5.组合加工后，需独自加工的镶块零件，组合加工时工艺装置独自加工的基准要求。
6. 模具加工中绷簧是简单损坏的，所以要挑选疲劳寿数长的模具绷簧。