日本OSG公司是一家集整個切削刀具的生產(chǎn)和銷售于一體的綜合刀具制造廠家。其研究部的主要任務是根據(jù)客戶的要求，致力于適應各種切削材料、刀具的基礎研究與開發(fā)。最近，該公司研制出超微晶金剛石涂層立銑刀。 

    近年來，為實現(xiàn)結構部件的輕量化，鋁合金在航空、汽車等有關領域的使用量大幅度增加。但在軋制鋁合金的切削加工中，雖然切削抗力比鋼小得多，但容易發(fā)生粘刀，加大了加工難度。高硅鋁合金是一種難加工材料，其組織中分散著過共晶析出的硬質硅顆粒。這種硅顆粒的硬度高達1000HV，足以可使刀尖急劇磨損。 

    采用單晶金剛石車刀加工易粘刀的軋制鋁材，可獲得良好的加工表面粗糙度。這是由于金剛石的化學性能穩(wěn)定，對金屬的粘刀有一定抗力的緣故。也可采用聚晶金剛石(PCD)車刀進行加工，但PCD組織中含有結合劑鈷(Co)，抗粘刀性低于單晶金剛石。 

    采用金剛石刀具加工高硅鋁合金，由于金剛石與硬質硅顆粒接觸可防止刀具磨損，所以刀具的耐用度很高。 

    使用金剛石刀具加工鋁合金，具有良好的切削性能，但由于金剛石刀片形狀的制約、刀尖形狀難于刃磨等原因，所以目前在生產(chǎn)中尚未將其應用于立銑刀上。 

    近年來，隨著金剛石涂覆工藝的發(fā)展，形狀復雜的刀刃已能通過CVD法涂覆金剛石涂層。為此，形狀復雜的立銑刀也可進行涂層，不過實際上在鋁合金的加工中，仍然有不少問題有待解決。 

    新開發(fā)涂層的特點 

    改善了加工面表面粗糙度 

    金剛石涂層基本上是由100%的金剛石組成，對于鋁等有色金屬具有良好的抗粘刀性，因此曾探討過在鉆頭、立銑刀上涂以金剛石涂層。但金剛石涂層是由母材表面發(fā)生的微小金剛石核生長的金剛石聚結晶體，涂層表面的聚結晶體約為5～10μm。將其涂覆在刀具表面上，用該刀具加工鋁，則金剛石涂層表面的凹凸形狀便會轉移到鋁的加工表面。因此，采用金剛石涂層刀具加工鋁合金，其工件的表面粗糙度欠佳，故不宜用于精加工。  
  
    未涂層加工的表面粗糙度 Ry0.78µm
    使用刀刃鋒利的硬質合金刀具精加工鋁合金，其表面粗糙度可達Ry1μm左右。但硬質合金基體與鋁合金的親和性強，刀刃早期易發(fā)生粘刀，使工件的表面粗糙度惡化。所以用硬質合金刀具加工鋁合金，其耐用度不能長期保持穩(wěn)定。 

    我們也曾經(jīng)作過多方面的探索，如對金剛石涂層刀具加以刃磨或調整金剛石涂層的合成條件，使金剛石晶向保持一致，以保證涂層形狀的平滑性。然而，這些方法都有一定的難度，且缺乏復現(xiàn)性、成品涂層性能喪失等，難于付諸實際應用。 

    為了解決這些問題，OSG公司經(jīng)過多次研究，發(fā)現(xiàn)已能控制金剛石涂層表面的金剛石粒度，并將金剛石涂層表面粗糙度減小到Ry1μm，據(jù)觀察，涂層表面晶粒有所細化，涂層表面的平滑性優(yōu)于一般涂層。表面涂覆金剛石涂層的立銑刀光潔度很好，外觀完全不同于常規(guī)金剛石涂層。 

    用這種超微晶金剛石涂層立銑刀加工A7075軋制鋁合金工件，采用的切削用量為：切削速度V=200m/min，進給量S=0.05mm/齒，切削深度t=0.1×10mm。采用水溶性切削油。加工結果表明，工件表面粗糙度很好，基本等同于未涂層硬質合金立銑刀。 

    改善了抗粘刀性能 

    金剛石涂層刀具加工鋁合金時，其磨損的擴散很小，可長期保持與初期相同的抗粘刀性和切削性能。 

    OSG公司進行了干式粗加工硅鋁合金(含Si12%)的切削試驗。采用的切削用量為：切削速度300m/min，進給量0.15mm/齒，切削深度2.5×8mm。立銑刀直徑10mm。用未涂層立銑刀加工的早期，前面大部分開始發(fā)生粘刀，導致排屑不暢、切屑堵塞容屑槽，出現(xiàn)嚴重的粘刀現(xiàn)象。而用微晶金剛石涂層的立銑刀加工時，刀尖上雖殘留著被鋁摩檫過的白色痕跡，但并未發(fā)生任何粘刀現(xiàn)象。  

    此外，傳統(tǒng)的粗晶金剛石涂層用于鋁的干切時，鋁則擦進晶粒間的凹部，從而引發(fā)機械性粘刀，導致工件加工精度降低，表面粗糙度惡化。 

    新開發(fā)的超微晶金剛石涂層的表面粗糙度很小，不到Ry1μm，絕不會發(fā)生機械性粘刀。 

    改善了涂層的韌性 

    一般的金剛石涂層從母材表面的金剛石晶核生長成柱狀金剛石晶體，所產(chǎn)生的裂紋易通過晶界擴展，涂層很容易斷裂。而晶粒細化的超微晶金剛石涂層可防止裂紋擴展，提高涂層的韌性。 

    在使用水溶性切削油條件下進行加工硅鋁合金(含Si12%)ADC12的試驗試驗。切削用量為：切削速度400m/min,進給量0.05mm/齒，切削深度0.1×10mm。在加工同一距離1108m后，刀尖頂端的普通金剛石涂層發(fā)生缺損，而超微晶金剛石涂層磨損甚微，刀尖仍保持良好狀態(tài)。  
  
    銅合金的加工實例 

    同樣，超微晶金剛石涂層立銑刀在加工銅合金時也具有良好的切削性能。 

    用未涂層立銑刀和超微晶金剛石涂層立銑刀加工銅合金C1100的耐久比較試驗。立銑刀為短頸雙刃硬質合金立銑刀，切削用量為：切削速度300m/min，進給量0.01mm/齒，切削深度0.15×6mm，干切。未涂層立銑刀加工56m，外周刃便發(fā)生嚴重磨損，用超微晶金剛石涂層立銑刀加工，雖然加工到406m，其刀尖磨損仍很輕微，仍可繼續(xù)使用。 

    用超微晶金剛石涂層硬質合金球頭立銑刀加工手機用電火花加工電極。立銑刀為長頸球頭立銑刀LN-EBDIR，工件為銅合金C1100，采用的轉速為1000r/min，進給速度為1m/min，切削深度為0.01mm，采用乳化水溶性油作為冷卻液。由于電火花加工電極的加工面轉移到工件，對表面粗糙度有嚴格的精度要求，因此，不允許立銑刀有絲毫的磨損。而金剛石涂層立銑刀具有很高的耐磨性，用一把刀具即可完成電極的加工。