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1 前言
) i' i/ m. D. A) E# q5 B 2 }! p/ p' Z, B+ d) l. _
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。
6 k& A6 D0 N; T. s
6 L+ F3 {' `. ]9 G+ S& L" A2 超硬刀具切削硬脆材料
& a9 Y Q$ |4 L6 @3 @2.1 切削硬质合金
! @# P/ X/ J4 C# G 用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85) / @3 |; e5 B5 v/ W% _" m
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：; P B5 u- m* T4 ?/ J2 D/ N9 D
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；& }6 Q7 O0 }. G6 n4 q) z
PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°；
' R. ?& \/ f! b: U) g d8 `0 f- W& ?# I. S% u
采用干切削； 0 c! f' u2 o. ~' L' ]5 x
5 X$ \; f- J7 u9 Q 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)。 ( v5 I' C- z* y7 R
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& P% l% y- n) N$ t
采用干切削；VB=0.1mm。9 s2 I% t* g4 b- `* V8 N
得到T-ν曲线如图2。
( M: H: Y' K6 r( A* Q/ N0 w# J! a其泰勒(Taylor)方程为
, |, `3 D$ F; ?1 V8 b$ C2 G: Kν=590/T1.81
2 `. n: N, f4 U& O5 t' o. W. N. w2 S$ s/ ~作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。 * C1 V* H' D* `8 g0 p$ I
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=0.5mm0 P6 R% x: g* M5 j3 T, |/ a% \4 v
) r9 u6 d, |% U9 G5 [6 G8 g
采用干切削；VB=0.2mm & z1 f) v' x4 v" H. K0 c
得到T-ν曲线如图3。 9 u" ]% z2 A" l& B# I
2 F4 T0 C5 K/ Y& ~* L$ K
其泰勒(Taylor)方程为 " r- P$ E6 I1 A* _7 e
ν=82／T0.48
' R M1 A& @" s% l) ^' j. Z2.2切削工程陶瓷 5 @8 ]0 z* G; k8 t" C. J. ^
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)。 7 J( V" f6 o0 j5 k
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：
- I t3 a4 f- [& b1 x0 n( \ PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
: s/ l8 U/ m( f3 R PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
$ H! o! k' J; [* P4 j; r1 G3 I7 v& A, I" p' A7 ~
采用干切削；
- K; N! Y4 C3 [) b& o' }" u/ b) D; s; g# }( f+ F2 b' S2 G: k
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。 5 \; C" H i0 f# j$ z4 d
2.3切削工业玻璃
+ C$ k, e% u9 \% G/ i, @ 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
" q: y8 e: C3 j5 @ z6 Y- e* y, X& c" }" |
刀具几何参数：同2.2 3 |/ q1 b- c/ e( ]0 ?, \* K1 K
采用干切削； 0 X- {9 L, m* G1 s& w, f
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。 ) v5 ~3 Q: I! Z& w6 y3 k0 N
3 超硬刀具切削复合材料
' Q0 m% r& L! `( v- ~ 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。& t7 p- E8 @$ v; A9 V
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。
3 d% m2 z( C G7 V3.1 切削纤维加强的复合材料
, b' ~. m6 U6 q2 h8 B 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。
! u i& w( b; R3 D0 ~ 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
# l5 J. P( ?; X 刀具几何参数：* d+ w$ `5 A; r# \
YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；7 m4 U" O2 e: ~+ q
hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
* z$ C+ u) U0 y! [CVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；( Z6 v! o/ K5 ?
CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；& b1 M3 D* {9 o9 B+ O. g
PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；1 j! W+ {- s6 P' _# A
不加切削液2 K0 E& f& V: ]8 [4 E
得到的刀具磨损曲线列于图6。$ b. a/ ~' @4 d
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。2 w: r3 {1 {+ k) V) A& q
还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。' E! r1 y. q0 m5 j7 c
切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min
7 ]; y; A' k, o- \5 G" x 刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm
/ w: m" p- f( r# i4 N4 O 干切，VB=0.05mm& E+ Z% E# F% U+ _
得到T-ν曲线如图7。+ a. j% w+ X# ]: m8 ~& S
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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