超硬耐磨涂層車加工研究

于 澤，王建新

1.中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043

2.沈陽黎明航空零部件制造有限公司，遼寧 沈陽 110043

0 引言

現代航空技術飛速發展，新材料，新技術層出不窮。耐磨涂層的出現更解決了復雜零件內腔裝配面易磨損的難題。在眾多耐磨涂層中，航空機匣多采用碳化鉻（化學式:Cr3 C2）涂層。本文重點研究的問題是這種超硬耐磨涂層的車加工。

1 超硬耐磨涂層的車加工技術

首先我們先來了解一下碳化鉻涂層的屬性。碳化鉻常規狀態是灰色粉末，斜方晶系，微維氏硬度（負荷50g）2700kg/mm，密度在室溫下是6.68g/mL，熔點1890℃，沸點3800℃，熱膨脹系數10.3×10-6K（非常小，在一般的工程計算中可以忽略不計），是非常優質的耐磨材料。一般采用等離子噴涂技術，將碳化鉻均勻附著在車加工的工藝槽內，經加工后涂層厚度為0.1mm～0.2mm，非常薄。這就導致這種涂層易碎，不耐沖擊，加工個過程中極易斷裂脫落，因此大都采取磨加工。

但是在工廠財力緊張，沒有購買磨削設備，或者零件批量小，不值得為其購置專門的磨削設備時，車削則是最好的選擇。下面根據涂層性質我們選擇刀具、切削參數、刀具路線。

1.1 刀具選擇

首先我們根據加工經驗選著刀具，刀具商專家的推薦，只有兩種刀具可以選擇，一種是立方氮化硼車刀片，另一種是金剛石刀片。經過試切削，立方氮化硼刀片的消耗是金剛石刀片的1.5倍，表面質量，加工合格率也不如金剛石刀片，唯一的優勢是價格略低，但是在實際生產中時間是最寶貴的，零件的質量是最重要的，所以我們選擇價格略貴，但加工效率，性能穩定的金剛石刀片。材質確定了，接下來是刀具的技術條件。考慮到金剛石刀具脆性大選用的是55°不帶后角的R0.8車刀片。但是加工中，珍重刀具切削力明顯不夠鋒利，加工中讓刀較大，最為嚴重的涂層在加工中時常脫落掉塊。所以又試驗有后角的刀片，涂層脫落現象少了，讓刀依舊，最后均衡表面粗糙度，和加工合格率，選擇了55°待后角R0.4的金剛石車刀片。

金剛石刀片簡圖

2.2 加工參數

涂層脫落斷裂除了噴涂的原因外，就是切削力大導致的。刀具已經是最鋒利的了。保證切削力小，線速度必須要低，經過反復試驗，線速度在22m/min～25m/min是最合理的。切深粗車時是0.05mm～0.1mm，精車0.025mm～0.05mm。由于刀具圓角R0.4mm，為了保證涂層表面粗糙度，進給F為0.08mm～0.1mm。

2.3 刀具路線

通常情況下，切削開闊型面，從一面進到，從另一面出刀非常簡單。但是這種程序往往在最后情況下出現涂層脫落。我們與專業的噴涂技術人員探討脫落原因，他們告訴我們涂層與及基體結合部的附著力最弱，而涂層中間位置結合狀況最好。我們根據噴涂技術人員的建議，將程序的進到位置改至涂層中間，圓弧進刀，由中間向兩邊車削（如下圖），這樣使進刀的沖擊力抵消在結合力最好的涂層中間，避開涂層結合薄弱點。

圖示:車涂層刀具軌跡

在加工過程中，開始考慮到金剛石刀片和涂層的熔點都很高，沒有使用冷卻液。但即使線速度僅有22m/min，產生的切削熱也足夠影響零件的強度了。使用冷卻液后，涂層表面質量和尺寸的合格率非常高，而且消除了粉塵，保護了機床操作者。

我們實際加工的零件規格是:要求直徑Φ534.025+0.05/-0.025mm，寬度6.5mm，車削余量0.3mm～0.5mm，試驗車涂層零件的結構強度非常不好按照試驗的結果，加工參數為:刀具:55°帶后角金剛石車刀片；轉速S 14R/min；進給F 0.1mm/min；切深ap 0.05mm；全程噴冷卻液。加工后，直徑在Φ534.025 mm～534.05mm，表面質量1.6，跳動，圓度均滿足要求。唯一的小瑕疵是涂層的上下兩端直徑有0.01mm～0.02mm的差距，這是由于零件的結構強度造成的，建議如果尺寸要求嚴格，就編制斜線程序，在程序中補償，這樣就彌補了上下直徑不一的缺陷。

3 結論

在后續的涂層加工中，采用金剛石刀片車加工超硬耐磨涂層（如碳化鎢涂層）均取得了良好的效果，而且零件的合格率在95%以上，達到了預期目的，而且加工效率也 很高，刀具消耗每個零件一片刀片，而且刀片還可以返磨，成本非常低，完全滿足大批量生產的要求。而且不用購置專用設備，一般的數控車床都可以加工，節約了購置設備的成本，也節省了車間的空間。同時車涂層可以使用冷卻液，不產生粉塵，對機床操作者的健康也起到很大的保護作用（耐磨涂層都是強烈的致癌物）。因此車削超硬耐磨涂層可以推廣至其他的耐磨涂層，工業陶瓷的加工，前景非常好。

[1]鄧福銘，陳啟武主編.PDC超硬復合刀具材料及其應用[M].化學工業出版社，2003，1.

[2]彭林中，張宏主編.機械切削刀具及應用[M].化學工業出版社，2009，1.

[3]鄧建新，趙軍主編.數控刀具材料選用手冊[M].機械工業出版社，2005，8.