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1 前言
# x7 M* z$ l- N. _ 6 ~* E {% C& O
超硬刀具材料应用广泛。本文将介绍作者在其他方面的试验数据，切削数种硬脆材料(硬质合金、工程陶瓷、玻璃等)，切削纤维加强和颗粒加强的复合材料。作者还作了断续切削、施加切削液的切削和超精密切削的尝试，在本文中亦将作初步介绍。 / G5 Q E0 k$ B) Q W7 Z% g
, }* E* \. _# o: j2 超硬刀具切削硬脆材料
; A- U! V" |( ?, K2 H2.1 切削硬质合金 * B9 h- m6 S- Y9 L2 F
用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85) # L+ V5 z" f2 v3 N: [
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：: J2 \. ]! q# [" F0 o
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；" h' F7 e3 o1 ~0 S& m
PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°； : t' _7 G1 T2 }5 x. S# C
2 |# _0 j+ i- k( L, ?: @8 J
采用干切削； ! [1 X2 I' G+ t5 ~: t# y
. z4 }, p) P O7 ~ 图1为这一组试验的刀具磨损曲线。两种刀具的磨损情况相近。考虑到YG20中含Co达20％，Co是铁族元素，对金刚石的石墨化有一定作用，但不如铁元素强烈，故得出了如图1这样的结果。作者又用CVD厚膜金刚石刀具车削硬质合金YG6(HRA89.5)。 ! @, D; g) ]3 [! X9 F
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=15-80m/min 刀具几何参数：γ0=-5°，α0=7°，κr =75°，λs=-3°，rε=0.6mm
. z0 _ m: j) A" r8 `+ C采用干切削；VB=0.1mm。1 c* n( c9 \8 F$ h+ o+ R+ [# \( o
得到T-ν曲线如图2。' B8 v# ]7 x U) K1 r8 J: J/ \8 E
其泰勒(Taylor)方程为9 q7 o3 L" s7 u, I6 B& F! i
ν=590/T1.81
( D- W. T/ c' E4 H作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。
9 r1 N- ]; w% x切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=10-80m/min 刀具几何参数：γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm
7 X: O& M* i/ }9 R8 q2 T' J4 {
6 n b( b" u( r采用干切削；VB=0.2mm
5 Z* \# o( ?0 r7 c ?得到T-ν曲线如图3。
8 ]6 q# }, z v! y8 e4 q' ~! w# f) d: q t; e9 q
其泰勒(Taylor)方程为 3 z# r: V: s k' o* n7 N* y4 |' u
ν=82／T0.48
% F1 `8 l. G0 z2.2切削工程陶瓷 2 n2 B' Z# G4 M; ~- h8 x
用PCBN刀具和PCD、CVD厚膜两种金刚石刀具车削Al2O3基复合工程陶瓷(HRA88-89)。 - A6 `, @. Q: e2 g# X0 u
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：: R& _# @: P* m, [) d; o+ @( g( ~( W8 {
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；! Y5 Q' j! |+ y2 k7 b
PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
/ y% K6 ^, L8 M6 v4 J1 X
9 {3 C; c% [& e2 l0 a6 B. H* w 采用干切削；
8 Z% M. m1 [0 }0 S* g* Y
( N2 t+ q4 v( K1 H5 }9 w得到对比刀具磨损曲线如图4。由于PCBN的硬度逊于金刚石，故刀具磨损稍快。而PCD刀具的韧性优于CVD刀具，故其耐磨性领先。
* h9 f2 p2 t% A8 y. y7 k! x2 c2.3切削工业玻璃 % y3 H8 K7 d* q
用PCBN刀具和PCD、CVD厚膜两种金刚石刀具车削工业玻璃(成分为SiO2、Na2O、CaO等，硬度约400-500HV)。 切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=38m/min
9 v9 Z7 L& N ^) S% h/ R5 F. |9 \" H1 Z/ m- \
刀具几何参数：同2.2
6 [2 h. z$ x, x, o; q2 k 采用干切削；
! c& H; x# h8 x8 G+ J$ d 得到对比刀具磨损曲线如图5。PCD仍领先。工业玻璃的硬度不算太高，非超硬刀具也能切削。但从试验数据来看，玻璃仍有一定加工难度。
# o9 u U' _; r" t 3 超硬刀具切削复合材料
, z0 ]/ ] K7 } 在现代航空、航天工业中，普遍使用复合材料，复合材料常以金属或树脂为基体，用纤维或颗粒加强，具有比重小、比强度和比弹性模量大、耐高温、耐磨损和抗振性强等优点。增强纤维有碳纤维、玻璃纤维，芳纶(Kevlar)纤维、硼纤维等；组合成的复合材料称为CFRP、GFRP、KFRP、BFRP。也有用SiC晶须增强的复合材料。
: A% u4 U6 }' m4 b 颗粒加强复合材料所用的硬质颗粒材料有SiC、AlN、Al2O3等。颗粒材料的硬度、颗粒大小及颗粒多少(即颗粒在整个材料中所占的重量或体积份额)对复合材料的性能与可加工性的影响很大。! J* P' d( O# f8 X/ _) J1 P! b
3.1 切削纤维加强的复合材料& m: G" K1 Y& l7 F' i- I
用立方氮化硼PCBN和CVD厚膜与薄膜金刚石刀具车削一种玻璃钢GFRP(酚醛树脂基玻璃纤维加强的复合材料)。其宏观硬度为131HBS，但玻璃纤维的硬度远高于此。为了进行对比，在切削试验中还采用了K类硬质合金(YS8)和Si3N4基复合陶瓷(HDM3)刀具。
( Z& x2 ?5 `* B, N, { 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
, W1 P, u, O- d* N+ z) @' @ 刀具几何参数：) V' E/ Z. u/ C/ _
YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；
* M# c- ?, t- \% L9 T, s( ]8 t6 I hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
% ^/ a# i# x sCVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
8 ]2 Q, v4 Q% @0 [4 g( M CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；
# p9 K% d1 @# h6 c PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
! i: u. J2 U. H$ I 不加切削液1 S- O5 k0 z9 a+ [8 Q; o4 w
得到的刀具磨损曲线列于图6。
! A( y9 D1 b8 [# s/ D* R 由图6可见，GFRP的加工有一定的难度，但难度不大。用硬度合金或陶瓷刀具车削GFRP，切削时间达30mm以上时，后刀面磨损量VB约为0.2mm。PCBN刀具切削时间达50min时，VB约为0.16mm。CVD厚膜与薄膜金刚石刀具切削60min，VB方达0.04-0.08mm，GFRP的基体材料酚醛树脂对刀具磨损的影响微不足道；但玻璃纤维对刀具切削刃有擦伤作用。 ?/ [% o" U2 l' d7 i# @0 k1 n& y
还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。/ P) ?" M4 G6 r* {9 q) h
切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min* K" R& q* O* u
刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm$ {* u" r3 _2 z$ Q L0 a. F
干切，VB=0.05mm% Z2 O1 Q4 A& ^1 K
得到T-ν曲线如图7。. P) U( C( n2 s$ X% E
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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