CVD金剛石厚膜刀具切削性能的試驗研究

CVD金剛石厚膜材料為全晶質(zhì)純多晶金剛石,具有硬度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、摩擦系數(shù)小、各向同性等優(yōu)良的物理機械性能,它既彌補了天然金剛石稀缺昂貴、各向異性等不足,同時又克服了人工合成單晶金剛石顆粒細(xì)小、聚晶金剛石膜界面結(jié)合強度低等缺陷,是制造切削刀具的理想材料。在國外,CVD金剛石厚膜刀具已步入商業(yè)化應(yīng)用階段。在國內(nèi),對此類刀具的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也不斷加快。

可以預(yù)見,CVD金剛石厚膜為純多晶金剛石材料,碳原子以sp3型共價鍵結(jié)合,其硬度接近天然金剛石,高于采用鈷結(jié)合劑的聚晶金剛石,CVD金剛石的晶粒度大小對耐磨性的影響不同于PCD。PCD刀具的晶粒尺寸越大,耐磨性越好,對粗加工較為有利；對于工件表面質(zhì)量要求較高的精加工則需選用細(xì)晶粒PCD,但刀具耐用度有所降低。

金剛石的熱導(dǎo)率高于所有其它材料。CVD金剛石的熱導(dǎo)率為8～20w/cmk,遠(yuǎn)高于銀的熱導(dǎo)率,高熱導(dǎo)率有利于切削刃的熱量傳導(dǎo),可避免因刀具發(fā)熱而發(fā)生粘刀現(xiàn)象,從而提高刀具使用壽命,減少工件的熱損傷和熱變形。

切削試驗分別在某航天行業(yè)工廠和北京理工大學(xué)進(jìn)行。試驗用機床為瑞士制造的shaublin125型精密車床；試驗用的4把CVD金剛石厚膜車刀片采用厚度為0.6mm的CVD金剛石厚膜焊接在硬質(zhì)合金刀體上,刀片總厚度為1.6,用一把CVD金剛石厚膜車刀片加工硬鋁合金～6μm,進(jìn)給量f=0.01mm/r,切削速度v=120m/min。切削試驗結(jié)果：被加工表面粗糙度ra=0.05μm(提高有一定限制),表明用其它三把CVD金剛石厚膜車刀片分別切削三種復(fù)合材料：酚醛塑料基玻璃纖維增強復(fù)合材料m的鋁基sicp顆粒增強復(fù)合材料。刀片幾何角度為：g=0°,a=6°,kr=75°,kr’=15°；刀尖圓弧半徑r=0.3～0.35mm。采用j19型萬能工具顯微鏡檢測刀具后刀面磨損帶寬度。

結(jié)果表明,CVD金剛石厚膜刀具在半精密、精密切削加工中,具有比PCD、PcBN超硬刀具更好的耐磨性和更長的使用壽命。此外,由于CVD金剛石具有低摩擦系數(shù)和高熱導(dǎo)率,允許采用較高切削速度而不致產(chǎn)生有害的熱量積累,因此CVD金剛石厚膜刀具切削硬鋁合金表面粗糙度低,因此該刀具適用于精密切削加工并有可能替代天然金剛石刀具用于超精密切削加工。

CVD金剛石厚膜刀具切削酚醛塑料基玻璃纖維增強復(fù)合材料、鋁基sicp增強復(fù)合材料等難加工材料時的耐磨性、使用壽命等切削性能明顯優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具、CVD金剛石厚膜刀具具有優(yōu)異的切削性能,在超硬切削領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 (中國供應(yīng)商網(wǎng))