金剛石厚膜刀具切削性能的研究

發(fā)布日期：2012-08-29 蘭生客服中心瀏覽：3844

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引言

精密、超精密切削加工技術(shù)作為現(xiàn)代制造技術(shù)中一項(xiàng)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，已在國(guó)防工業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、航空航天等機(jī)械加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。金剛石刀具是實(shí)現(xiàn)精密、超精密切削加工不可或缺的關(guān)鍵要素。目前使用的金剛石刀具主要包括單晶金剛石刀具、燒結(jié)聚晶金剛石刀具等。單晶金剛石刀具資源稀缺，價(jià)格昂貴，且容易發(fā)生解理作用，已難以適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。燒結(jié)聚晶金剛石刀具由于材料中含有粘結(jié)劑，使金剛石的優(yōu)異切削性能不易得到充分發(fā)揮。金剛石厚膜作為一種新型超硬材料，具有諸多優(yōu)異特性，可望在精密、超精密切削加工領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。本文對(duì)金剛石厚膜刀具的切削性能以及切削用量對(duì)加工表面粗糙度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

圖1 金剛石厚膜與硬質(zhì)合金刀片基體間的結(jié)合狀態(tài)	圖2 金剛石厚膜刀片的刀頭形狀
(a)前刀面	(b)后刀面
圖3 金剛石厚膜刀片刃磨后的表面形貌

2 金剛石厚膜刀具的制備

金剛石厚膜刀具的制備工藝除金剛石厚膜的沉積外，還包括金剛石厚膜的切割、金剛石厚膜在刀體上的焊接以及金剛石厚膜刀具的刃磨。在本研究項(xiàng)目中，研制開(kāi)發(fā)了機(jī)夾式金剛石厚膜刀具。首先用激光切割方法將沉積好的金剛石厚膜切割為等腰直角三角形，然后將金剛石厚膜直接焊接在硬質(zhì)合金刀片上，制成直角方形金剛石厚膜刀片。焊接時(shí)，以金剛石厚膜的底面(即氣相沉積時(shí)金剛石厚膜與沉積基體的接觸面)作為刀片前刀面，以較粗糙的金剛石厚膜表面作為焊接面，這樣有助于利用金剛石厚膜表面與焊料層的機(jī)械嵌合作用提高焊接強(qiáng)度。圖1所示為焊接后金剛石厚膜與刀片基體的結(jié)合狀態(tài)。圖中，上半部分為金剛石厚膜，下半部分為硬質(zhì)合金刀片基體，中間層為焊料層。最后，在瑞士產(chǎn)RS12型工具磨床上對(duì)金剛石厚膜刀片進(jìn)行刃磨。刃磨后金剛石厚膜刀片的刀頭形狀和前、后刀面表面形貌分別如圖2、圖3所示。切削加工時(shí)，將制備好的金剛石厚膜刀片通過(guò)機(jī)夾方式固定在刀桿上即可。

3 金剛石厚膜刀具切削試驗(yàn)與分析

在上海儀表機(jī)床廠(chǎng)生產(chǎn)的CG6125A型高精度車(chē)床上對(duì)制備的金剛石厚膜刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，研究其切削性能。刀具幾何參數(shù)為：K_r=45°，K_r'=45°，r_e=0.8mm，g_o=-5°，a=10°。被切削試件為f40mm的LY12鋁合金棒，切削時(shí)采用滴油潤(rùn)滑方式。采用北京時(shí)代公司生產(chǎn)的TR240型粗糙度檢測(cè)儀測(cè)量試件已加工表面粗糙度。

在上述試驗(yàn)條件下，采用單因素試驗(yàn)法研究了切削用量對(duì)試件加工表面粗糙度的影響。由于試驗(yàn)所用CG6125A高精度車(chē)床采用無(wú)級(jí)調(diào)速進(jìn)給(可用進(jìn)給速度v_f表示)，且試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)際測(cè)得的試件加工表面粗糙度值遠(yuǎn)大于按進(jìn)給量f計(jì)算的理論粗糙度值，因此在試驗(yàn)結(jié)果分析中直接采用進(jìn)給速度v_f(mm/min)作為進(jìn)給參數(shù)，而未將其轉(zhuǎn)換為進(jìn)給量f(mm/r)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到進(jìn)給速度v_f、切削速度v(m/min)和切削深度a_p(mm)對(duì)加工表面粗糙度的影響關(guān)系曲線(xiàn)分別如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 進(jìn)給速度v_f對(duì)加工
表面粗糙度的影響

圖5 切削速度v對(duì)加工
表面粗糙度的影響

圖6 切削深度a_p對(duì)加工
表面粗糙度的影響

圖7 金剛石厚膜刀具加工的試件表面輪廓曲線(xiàn)

分析試驗(yàn)結(jié)果可知，試件加工表面粗糙度值隨進(jìn)給速度v_f、切削速度v和切削深度a_p的增大而增大，但切削速度v對(duì)加工表面粗糙度的影響相對(duì)較小。在本試驗(yàn)條件下，切削過(guò)程中未產(chǎn)生積屑瘤。CG6125A高精度車(chē)床的最高轉(zhuǎn)速達(dá)2000r/min，在最高轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行切削加工時(shí)產(chǎn)生的機(jī)床振動(dòng)是加工表面粗糙度值隨切削速度的增大而略有增大的原因。如前所述，在本試驗(yàn)條件下，根據(jù)理論殘留面積高度計(jì)算出的理論粗糙度值遠(yuǎn)小于實(shí)際測(cè)得的加工表面粗糙度值，因此可認(rèn)為，因進(jìn)給速度v_f和切削深度a_p增大而導(dǎo)致切削過(guò)程振動(dòng)加劇是加工表面粗糙度值增大的主要原因。在v_f=8mm/min，v=176m/min，a_p=0.04mm的切削條件下，用TALY SURF4型輪廓儀測(cè)得的試件加工表面輪廓線(xiàn)如圖7所示，其Ra值為0.15µm，達(dá)到了精密切削加工要求。