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：3821

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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)中一項至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，已在國防工業(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。本文對金剛石厚膜刀具的切削性能以及切削用量對加工表面粗糙度的影響進(jìn)行了試驗研究。

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。在本研究項目中，研制開發(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，以金剛石厚膜的底面(即氣相沉積時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，將制備好的金剛石厚膜刀片通過機(jī)夾方式固定在刀桿上即可。

3 金剛石厚膜刀具切削試驗與分析

在上海儀表機(jī)床廠生產(chǎn)的CG6125A型高精度車床上對制備的金剛石厚膜刀具進(jìn)行切削試驗，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，切削時采用滴油潤滑方式。采用北京時代公司生產(chǎn)的TR240型粗糙度檢測儀測量試件已加工表面粗糙度。

在上述試驗條件下，采用單因素試驗法研究了切削用量對試件加工表面粗糙度的影響。由于試驗所用CG6125A高精度車床采用無級調(diào)速進(jìn)給(可用進(jìn)給速度v_f表示)，且試驗結(jié)果表明實際測得的試件加工表面粗糙度值遠(yuǎn)大于按進(jìn)給量f計算的理論粗糙度值，因此在試驗結(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)對加工表面粗糙度的影響關(guān)系曲線分別如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 進(jìn)給速度v_f對加工
表面粗糙度的影響

圖5 切削速度v對加工
表面粗糙度的影響

圖6 切削深度a_p對加工
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

分析試驗結(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對加工表面粗糙度的影響相對較小。在本試驗條件下，切削過程中未產(chǎn)生積屑瘤。CG6125A高精度車床的最高轉(zhuǎn)速達(dá)2000r/min，在最高轉(zhuǎn)速附近進(jìn)行切削加工時產(chǎn)生的機(jī)床振動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，在本試驗條件下，根據(jù)理論殘留面積高度計算出的理論粗糙度值遠(yuǎn)小于實際測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)致切削過程振動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型輪廓儀測得的試件加工表面輪廓線如圖7所示，其Ra值為0.15µm，達(dá)到了精密切削加工要求。