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淬火态模具鋼對銑削加工刀具磨損的影響

時間:2017-8-23 9:35:00   來源:中國模具網   添加人:admin

  新切削刀具的快速開發使得加工淬火态模具鋼成為可能。過去加工模具的一般方法是:先在軟化狀态下進行模具粗加工,接着淬火,然後電火花加工到終尺寸。這種工藝會在模具表面形成一層硬的重融化層,此層必須抛光掉,獲得合格的模具表面。

  抛光是非常耗時間的操作,有時難以抛光整個模具表面。今天模具已能在淬硬狀态下用切削刀具加工成型,這種新技術将縮短制模周期。

  如何成功運用這種新技術,非常重要的一點是使用正确的切削刀具和切削參數。另外使用的加工刀具和刀具的加工路徑對終結果影響也很大。當銑削淬火态模具鋼時,可以采用硬質合金、金屬陶瓷或立方氮化碳硼(CBN)刀具。這裡研究了使用CBN刀具時,材料及材料硬度對刀具壽命的影響。研究起始的意圖是研究銑削50~60HRC不同牌号冷作模具鋼時刀具的壽命。

  有報道CBN刀具非常适合于加工工件硬度超過50HRC的材料。随着工作的進展,銑削硬度50HRC左右的材料時刀具壽命很長。因此,我們決定将研究擴大到一些熱作模具鋼,熱作模具鋼的使用的硬度大多在40 ~50HRC.試驗用的是含硫量不同的H13類熱作工具鋼。

  和意大利的Standex合作。

  1試驗方法工中心上完成,加工刀具心軸轉速為18000r/min,因而可能有非常高的切削速度。

  為了對不同工件材料的試驗進行比較,使用了一個直徑為32mm的雙槽型易更換鑲嵌式銑刀架(SumitomoBNE 3級(微粒度銑削級别)含60CBN的SumitomoBNER32T.試驗方法是單邊齒銑削,切削數據如下:~800m/min之間變化軸向切削深度:7mm徑向切削深度:0.5mm走刀量:每齒0.08mm平均切削厚度:。1mm所有試驗中使用壓縮空氣冷卻。銑削一直進行到刀具磨損0.2mm為止。預試表明如果CBN刀具磨損超過這個磨損極限,則會出現切削刃口崩裂,而不是刀具側面平面磨損。所有試驗使用爬升式銑削。

  2工件材料部分試驗對HRC值為50,55及60的四種不同冷作模具鋼進行了測試。

  表1試驗用冷作模具鋼的化學成分Wt所用鋼種的主要差别是它們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約0.5~1,RIQ0R中約4而D2中約為14.第二部分試驗對三種不同的熱作模具鋼進行測熱作模具鋼的化學成分見表2.表2試驗用熱作鋼的化學成分材料時,刀具壽命短。

  處理到不同的硬度。采用小尺寸是為了确保材料經熱處理後硬度均勻。

  3冷作模具鋼銑削試驗結果的縱軸表示刀具側面磨損到0.2ram時的銑削長度,它随不同的切削速度及不同的材料硬度而變化。

  如圖所示材料硬度為50HRC、銑削速度為220m/min時刀具壽命長,用這種銑削速度,當達到側面磨損指标0.2mm之前,可能銑削長度約130m,這代表銑削時間約12.3h.用這種材料,刀具的壽命似乎随着工件材料的硬度增加而降低。

  趔翌80 CALMAX材料銑削試驗結果ARNE和CALMAX兩種材料都有馬氏體組織而不含大量一次碳化物。用CBN刀具加工含約4―次碳化物的馬氏體材料結果見,這裡工件材料為UddeholmRIGOR.在切削速度超過220m/min日寸,銑削這種料時刀具壽命和材料硬度的關系。在材料硬度為50HRC、切削速度為400m/min時,刀具的壽命長。以這種切削速度,刀具壽命達到196m銑削長度,即10.2h銑削時間。

  是不同銑削速度下,加工CALMAX材料的刀具壽命。材料硬度為50HRC、銑削速度為400m/min時刀具壽命長。加工這種材料,其材料硬度與刀具使用壽命之間沒有明顯的關系。隻是在700 ~800rn/min時刀具的壽命随工件材料的硬度牆加而降低。在低的切削速度下,材料硬度55HRC的用D2材料做同樣試驗時,結果完全不同。這種材料在馬氏體基體組織上有14的硬碳化鉻,CBN刀具似乎不适合切削這類鋼。

  是不同切削速度及不同材料硬度下刀具的壽命。由圖可見,在所有切削速度及材料硬度下,刀具壽命非常短。

  4熱作模具鋼銑削試驗的結果2000和硫化處理H13銑削試驗的結果,其中硫化處理H13隻做了400m/min和500m/min加工試驗。有意義的是以小于700m/min的切削速度銑削ORVARSUPREME材料時,刀具壽命非常長,在600m/min切削速度下,刀具側面磨損0.2rmn時的壽命大約切削280m,相當于實際切削時間銑削三種鋼材的刀具壽命之間的差别令人驚訝,銑削兩種易切削的改良鋼種THG2000和H13+S,刀具的壽命比加工ORVARSUPREME材料還要低。

  5讨論此項研究表明使用CBN刀具銑削淬火工具鋼時,其壽命很大程度上取決于工件材料、材料硬度和切削參數。當銑削淬火态鋼材時能否使用CBN刀具大的影響因素為鋼的化學成分熱作工具鋼銑削試驗結果加工硬碳化物含量高的鋼材時刀具壽命很低,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損,碳化物阻止了切削刃前沿的剪切區域的軟化。

  很難解釋熱作模具鋼銑削試驗的結果。OR-VARSUPREME是非常純淨的鋼種,材料基體中非金屬夾雜物的含量非常低。它在軟化退火态下非常難加工,尤其是使用高速鋼刀具。

  THG2000是經喂線鈣化處理,且硫含量比OR-VARSUPREME稍高的易切削改良材料。當使用鎢鋼或高速鋼刀具按常規切削參數加工時加工軟化退火态或淬火态的THG 2000時,其加工性能較好。

  H13+S是高含硫量的易切削改良材料,使用鎢鋼或高速鋼刀具進行常規加工,它的加工性能也比ORVARSUPREME材料要好。

  為什麼使用CBN刀具加工易切削改良材料其壽命非常低,一種可能的解釋是鋼材基體中的硫化錳與鑲嵌的CBN切削刃口起了反應。

  項目進一步的工作是驗證上述判斷是否正确。

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