| 超微細金剛石薄膜涂層刀具的使用 |
1、引言 近年來，為了減輕飛機、汽車零部件的重量，鋁合金的使用量逐年增加。盡管加工鋁合金時比切削鋼材時的切削阻力小，但由于鋁合金比較軟，切削時刀具刃部容易發生粘刀現象，從而影響被加工工件的表面粗糙度。為了增加鋁合金材料的強度，通常在鋁合金中加入大量硅元素。但由于硅元素以顆粒的形式散布在鋁合金材料內部，并且這些硅粒子的硬度很高（1000HV左右），從而在切削加工時會導致刀具刃部嚴重磨損。因此，這樣的高硅鋁合金材料是一種非常難于切削加工的材料。 單晶金剛石車刀應用于鋁合金的精密車削加工能獲得良好的加工表面質量。金剛石刀具在加工高硅鋁合金材料時，能夠防止材料中的硅粒子導致的刀具磨耗，使刀具具有較長的壽命。如果采用單晶金剛石制造帶螺旋槽且形狀復雜的銑刀的刀刃，則鋁合金材料的銑削加工也會獲得令人滿意的效果。但一方面由于單晶金剛石的價格昂貴，另一方面銑刀刀刃的立體形狀復雜、幾何尺寸精度要求較高，若采用單晶金剛石，則銑刀刃部的成形加工非常困難，因此單晶金剛石銑刀未能得到廣泛應用。 近年來，國內外許多科研機構和工具制造商在人造金剛石涂層技術的開發和應用方面進行了大量的研究，取得了許多新的成果，人造金剛石涂層技術發展很快，在硬質合金銑刀、鉆頭、絲錐、刀片等刀具的表面涂層方面得到大量應用。人造金剛石涂層技術的成功應用使得人造金剛石涂層刀具備受青睞，市場需求逐年增長。盡管如此，人造金剛石涂層刀具也有缺點：雖然金剛石是自然界中最硬的物質，但其韌性很低，因此在加工難切削材料時容易發生薄膜脆性破損現象；此外人造金剛石薄膜是金剛石晶粒的多結晶體，其表面凹凸不平，這種粗糙的表面會影響鋁合金工件被加工表面的粗糙度，且在凹坑部容易產生鋁合金粘著，導致金剛石薄膜早期磨損。 為了解決上述問題，日本OSG株式會社最近開發了超微細結晶金剛石涂層技術并成功地用于銑削刀具的涂層。 2、超微細結晶金剛石涂層銑刀的切削性能 為了研究超微細結晶金剛石涂層銑刀的切削加工性能，通過切削試驗對超微細結晶金剛石涂層銑刀與未涂層超硬銑刀在被加工表面粗糙度、抗粘著性和薄膜韌性等方面的優劣進行了分析對比。 2.1 被加工表面粗糙度 人造金剛石涂層是在基材表面形成晶核（微小的金剛石粒子）、晶核沿柱狀成長所構成的金剛石多結晶集合體。金剛石涂層薄膜表面凹凸不平，通常表面粗糙度為Ry4～10μm。鍍有金剛石薄膜的切削刀具在加工鋁合金時，其凹凸不平的表面形狀會影響到被加工表面的粗糙度，因此難以獲得精加工所期待的光潔表面。未涂層的超硬合金刀具雖然能獲得比較光潔的加工表面，但刀具刃部在很短的加工過程中就產生粘刀現象，從而影響工件表面粗糙度并導致刀刃的早期磨損，使之達不到預期的使用壽命。OSG公司研制開發的超微細結晶金剛石薄膜不僅平坦光滑，并且與普通金剛石涂層銑刀的表面相比，超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀表面具有很好的光澤度。 采用超微細結晶金剛石涂層φ10mm雙刃銑刀對鋁合金材料A7075進行切削試驗。切削條件為：線速度200m/min，切削進給速度0.05mm/刃，切削深度0.1*10mm。試驗結果顯示被加工鋁合金工件表面與未涂層超硬銑刀加工出的表面具有同等水平的光潔度。 |
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