超硬刀具材料以及高性能机床的诞生和发展,促进了高速加工技术的广泛应用,硬态铣削技术作为高速加工的一个分支,引起了模具制造业的极大兴趣。相比于传统的磨削手段,对处于淬硬状态的模具钢进行切削可减少大量的磨削时间,缩短模具制造工艺流程,减少热处理变形,降低工艺成本。H13钢是一种国内外广泛使用的热作模具钢,其服役过程中受到高温、高压和冲击的作用,工作条件恶劣。对表面粗糙度、微观组织、残余应力、加工硬化、相变等表面完整性指标的要求较高。模具钢硬态铣削过程中的刀具磨损除了使刀具丧失切削能力外,还会引起刀具刃口几何形状改变,增大切削力、切削热而使切削条件的恶化,进而影响加工零件的表面完整性。然而,人们对硬态铣削过程中的刀具磨损对表面完整性各指标的影响还缺乏全面认识,只有在充分了解刀具磨损及其对表面完整性影响的基础上,才能发挥硬态切削刀具的效能,降低刀具成本,同时能够更好控制加工表面完整性,获得可靠稳定的模具使役性能。本文系统研究了AISI H13钢硬态铣削过程中冷却润滑方式的作用效果,刀具磨损,及其对表面完整性的影响。研究了干切削、微量润滑(Minimum Quantity Lubrication, MQL)切削、低温油-气切削方式对切削力、表面粗糙度和残余应力的影响规律。MQL切削和低温油-气切削方式能显著降低切削力和表面粗糙度,增大残余压应力；切削参数会影响冷却润滑介质对切削过程的改善作用。研究了AISI H13/硬质合金刀具材料的滑动摩擦磨损行为,硬质合金磨损区域形貌比较规则,摩擦过程中硬质合金发生了磨粒磨损,粘结磨损和氧化磨损。分析了硬态铣削H13钢硬质合金刀具磨损形态和磨损机理,涂层破坏和粘结磨损为主要的磨损形式。低温油-气切削下的刀具寿命是干切削时的2倍以上,干切削时,刀具的失效形式以后刀面磨损为主,低温油-气切削刀具的失效形式为前刀面大块剥落。分析了刀具磨损对表面完整性的影响,随着刀具磨损的发展,加工表面几何纹理逐渐加深,干切削时,表面粗糙度在刀具磨损的初始阶段变化较大,而表面粗糙度和显微硬度在稳定磨损阶段保持稳定,在剧烈磨损阶段上升很快。采用低温油-气切削时,表面粗糙度和显微硬度随着刀具的磨损先上升,随后趋于稳定。工件表面的塑性变形在刀具磨损整个过程中都会发生,加工表面白层在刀具后刀面磨损剧烈时产生,但X射线分析没有发现相变。本文通过研究H13钢硬态铣削过程中的冷却/润滑作用效果、刀具磨损及其对表面完整性的影响,为改善加工质量,促进硬态铣削技术的推广与应用提供了技术支持。本课题得到山东省自然科学基金(Y2008F41)、教育部留学回国人员科研启动基金(教外司留2010-609)和山东大学自主创新基金(2009TS028)资助项目的支持。