NAK80是一種新型高級鏡面塑料模具鋼，大量用于制造家電、汽車等行業(yè)用的大型精密模具。研究該材料的切削加工性，對于保證模具加工質(zhì)量、提高加工效率、降低生產(chǎn)成本有著重要意義。通過對NAK80模具鋼的切削試驗，研究了切削用量與切削力、刀具磨損及表面粗糙度的關系，分析了刀具磨損機理，對NAK80模具鋼的切削加工性進行了評價，為實際生產(chǎn)提供了理論和試驗依據(jù)。

㈠試驗條件
⒈試驗材料：NAK80模具鋼
化學成分：W(C)=0．15％ ，W(Mn)=1．75％ ，W(Si)=0．3％，W(Mo)=0．38％ ，W(Ni)=3．08％ ，W(Cu)=1．0％ ，W(Al)=0．98％ ，W(P)≤0．02％ ，W(S)≤0．06％ ；機械性能：σb= 1210MPa， δ=17％ ，αk=1．19MJ／m2，硬度40HRC；金相組織：粒狀貝氏體和板條狀馬氏體。
⒉試驗機床：C616A車床。
⒊試驗刀具：YW2硬質(zhì)合金刀片。幾何角度：κr= 90°，γ= 15°， λs=0°，α0=8°，κr＇=30°，α0＇=8°。
⒋采樣參數(shù)：采樣頻率：5000Hz，采樣時問：15秒。
⒌測量儀器：Kistler9257BA型測力儀；HIROX三維顯示系統(tǒng)；2201型表面粗糙度檢查儀。

㈡試驗結(jié)果與分析
⒈切削力與切削用量關聯(lián)度的建立
由于切削力主要受切削深度αp進給量f和切削速度v等因素的影響，為了以盡可能少的試驗次數(shù)獲得有說服力的試驗結(jié)論，我們確定采用正交試驗法進行切削力試驗，即選取3個因素αp、f和ν，各因素的水平數(shù)取3，分別為：αp=0．2，0．5，1．0mm；f=0．1，0．14，0．2mm/r； ν=117．3，95．4，83．4m/min。切削試驗數(shù)據(jù)見表1。
表1 NAK80塑料模具鋼切削試驗數(shù)據(jù)
序號  f(mm/r) 　　αp(mm)   　　v(m/min)　　Fy(N) 　　Fz(N)　　Fx(N)
1　　　　 0.1   　　0.2　　　　   83.4  　　48.5  　　63.8 　　21.9
2　　　　 0.1   　　0.5　　　　   95.4  　　63.4  　　113.6　　72.8
3　　　　 0.1   　　1.0　　　　   117.3 　　77.7  　　189.9　　133.9
4　　　　 0.14  　　0.2　　　　   95.4  　　48　　　　75.1 　　21.4
5　　　　 0.14  　　0.5　　　　   117.3 　　77.8  　　134.2　　83.9
6　　　　 0.14  　　1.0　　　　   83.4  　　86.6  　　287.8　　171.3
7　　　　 0.2   　　0.2　　　　   117.3 　　70.4  　　81.1 　　21
8　　　　 0.2   　　0.5　　　　   83.4  　　79.6  　　177.5　　80.3
9　　　　 0.2   　　1.0　　　　   95.4  　　107   　　344.2　　178.5
對試驗結(jié)果進行非線性回歸處理，得到主切削力Fz、切深抗力Fy、進給抗力Fx三向切削力經(jīng)驗
公式分別為
Fz= 6284.06αp0.879f0.664v-0.406
Fy= 61.83αp0.308f0.478v-0.286
Fx= 1031.58αp1.129f0.264v-0.292
由上述經(jīng)驗公式可看出切削力與切削用量αp、f、v之間的定量關系，即式中各變量的指數(shù)大小可反映出各因素對切削力的影響趨勢和影響程度。主切削力Fz隨切削深度αp及進給量．f的增大而增大，隨切削速度v的增大而減小；其中，切削深度αp對Fz的影響最大，進給量f次之。
⒉刀具磨損試驗結(jié)果與分析
在切削深度αp=1．0mm，進給量f=0．14mm／r，切削速度v=84．7m／min的條件下，對NAK80模具鋼與45鋼進行了刀具磨損對比切削試驗。每去除一定體積的試件材料后，在HIROX三維顯示系統(tǒng)下觀察刀具切削刃形貌及測量刀具后刀面磨損值，同時用Kistler測力儀跟蹤切削力變化情況，并選取刀具磨鈍標準VB=0.25mm.
當?shù)毒吆蟮睹婺p量達到VB=0.25mm時，45鋼的材料去除量約為NAK80模具鋼的4倍，這表明加工NAK80鋼時刀具磨損相當嚴重，這主要是受材料機械性能、化學成分和顯微組織等因素的影響。
將本試驗結(jié)果與45鋼的切削力經(jīng)驗公式對比可知，在相同切削條件下，切削NAK80鋼的切削力比切削45鋼(正火態(tài))約增大39％ ，這主要是因為NAK80模具鋼的抗拉強度高達1210MPa，超過45鋼的兩倍，相應地其剪切屈服強度高，變形抗力大，所需的切削力也大。同時，NAK80模具鋼的硬度達40HRC，也加快了刀具磨損速率。另一方面，NAK80模具鋼組織中存在板條狀馬氏體，且有大量Ni3Al、ε-Cu硬質(zhì)點，切削時功耗高，產(chǎn)生大量切削熱，導致切削溫度高。材料中的硬夾雜物使刀具前刀面與切屑底部發(fā)生劇烈摩擦，從而出現(xiàn)溝紋；另外，工件材料晶界處的微細硬質(zhì)點提高了材料強度和硬度，使切削時剪切變形抗力增大，刀屑接觸長度減小，刀尖接觸面上的應力顯著增大，在高溫高壓作用下，兩種材料發(fā)生粘結(jié)，當粘結(jié)部分的單位切向力超過該處材料的剪切屈服強度時，粘結(jié)層與其下層金屬產(chǎn)生相對運動，被切屑帶走，導致前刀面出現(xiàn)麻點和凹坑。因此，加工NAK80模具鋼時，刀具的主要磨損形式為磨料磨損和粘結(jié)磨損，而材料組織中存在大量硬質(zhì)點是造成刀具磨損加劇的又一重要因素。
⒊表面粗糙度檢測結(jié)果
用2201型表面粗糙度檢查儀沿試件外圓面測量加工表面粗糙度。www.www.wbhg.com.cn在切削深度αp=0．5mm保持不變的情況下，分別選取三組進給量f=0．1，0．14，0．24mm/r和切削速度v=104．2，84．8，74．1，65．3m/min，檢測出切削速度對表面粗糙度的影響，檢測結(jié)果:隨著切削速度增大，表面粗糙度值減小，當切削速度超過80～90m/min時，表面粗糙度基本穩(wěn)定在某一Ra值上，且隨著進給量的減小，表面粗糙度降低。
⒋切屑形態(tài)
NAK80鋼在低速區(qū)和高速區(qū)均產(chǎn)生長螺卷屑，連綿不斷長達數(shù)米，難以自行折斷，且易纏繞在工件及刀具上，拉傷工件表面，因此該材料的切屑可控性差。

㈢結(jié)論
⒈與45鋼相比，引起NAK80模具鋼切削力增大的主要原因是材料的高強度。
⒉切削NAK80模具鋼時，刀具的磨損速率約為切削45鋼時的4倍，這主要因為材料硬度高及組織中存在大量硬質(zhì)點；刀具的主要磨損形式為磨料磨損和粘結(jié)磨損。
⒊加工NAK80模具鋼時，當切削速度超過80～90m/min時，表面粗糙度低且穩(wěn)定。
⒋切削NAK80模具鋼的切屑為長螺卷屑，且可控性差。