金刚石薄膜涂层刀具干切削性能的试验研究简介
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数控刀具
1 引言
图1 金刚石薄膜刀片
2 试验刀具及材料
0=0°，后角a0=10°，偏角Kr=Kr´=60°，刀尖圆弧半径re=0.8mm，刀片外形及刃口电镜照片如图1。
(a) ×40
(b) ×150
(c) ×150 图2 试件金相照片
3 干切削性能试验
- 薄膜涂层刀具干切削含硅量12%～14%的硅铝合金
- 试件尺寸f75×300mm，金相组织如图2(a)、(b) 。
表1 切削试验参数选择试验参数 1 2 3 4 机床主轴转速(r/min) 520 830 980 1400 进给量(mm/r) 0.05 0.1 0.2 切削深度(mm) 0.1 0.2 0.4- 根据生产中半精和精加工硅铝合金的切削用量，切削试验参数选择如表1。
- 每隔一定路程测量一次试件表面粗糙度，得出如图3的进给量与表面粗糙度的关系曲线，可以看出，进给量对表面粗糙度影响较大，图4为试件表面粗糙度随切削路程的变化，可以看出在切削稳定期内、在相当长的切削路程后、直达41.5km时，试件表面粗糙度值都在Ra1.0µm 左右。
- 试件尺寸f75×300mm，金相组织如图2(a)、(b) 。
- 薄膜涂层刀具和硬质合金YG6切削含硅量24%的高硅铝合金
- 试件尺寸f60×200mm，选择切削用量为: n=830r/min，f=0.1mm/r， ap=0.2mm。每隔一段时间测量刀具后刀面的平均磨损量VB值，得出VB-时间曲线如图5，可以看出: VB=0.15mm 时，金刚石薄膜刀具切削时间为174s，而YG6仅8s，相差20多倍。
图3 进给量与表面粗糙度
图4 切削路程与表面粗糙度
图5 金刚石薄膜刀具与YG6刀具的磨损曲线
图6 金刚石薄膜刀具加工活塞外圆表面形貌及粗糙度 - 试件尺寸f60×200mm，选择切削用量为: n=830r/min，f=0.1mm/r， ap=0.2mm。每隔一段时间测量刀具后刀面的平均磨损量VB值，得出VB-时间曲线如图5，可以看出: VB=0.15mm 时，金刚石薄膜刀具切削时间为174s，而YG6仅8s，相差20多倍。
- 薄膜涂层刀具干切削汽车活塞
- 试件尺寸f80×120mm，金相组织如图2(a)，选择切削用量为: n=980r/min，f=0.1mm/r， ap=0.2mm。切削后测量试件表面形貌和表面粗糙度值如图6，表面粗糙度Ra=0.8µm，满足生产中对活塞外圆表面的表面粗糙度的要求。
- 某活塞厂生产线上切削含硅量24%的高硅铝合金
- 工件尺寸f62×80mm，切削用量: n=1380r/min， f=0.1mm/r，ap=0.2mm。用硬质合金YG8刀具切削5s后即出现可观测到的磨损，用金刚石薄膜涂层刀具切削570s后刀面脱膜，聚晶金刚石刀具切削600s后可观测到刀尖刃口出现磨损。
4 结论
- 从切削试验看出，用金刚石薄膜涂层刀具干切削硅铝合金，刀具初期切削时试件表面粗糙度值不稳定，进入刀具正常磨损阶段，试件表面粗糙度值非常稳定，切削路程相当长，具有很好的干切削性能。
- 切削用量对表面粗糙度的影响最大的是进给量f，在较高切削速度的情况下，只要进给量合适则表面粗糙度值变化不大。我们认为，加大刀尖圆弧半径re，进给量f对表面粗糙度的影响会减小。
- 从切削试验看出，干切削硅铝合金时，金刚石薄膜涂层刀具的使用寿命远高于硬质合金，与聚晶金刚石刀具相当。干切削加工的表面粗糙度值也能满足对活塞外圆表面粗糙度的要求。因此，金刚石薄膜涂层刀具在生产中可以替代聚晶金刚石刀具。由于金刚石薄膜涂层刀具制作简单，成本较低，将会带来良好的社会经济效益。
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