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1 前言 5 c0 R7 z# _7 q3 i
/ E0 o9 {# Z1 N8 \) E
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。 K1 s; h; @9 ]
' H# w! O2 m% ]$ p! R6 @ o2 超硬刀具切削硬脆材料
5 [/ z* X( W' A$ U2 A# X2.1 切削硬质合金
# U m2 q7 M$ }* P 用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85) # o! t& |; u' h, V$ ~, \# W/ S
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：7 ?4 S8 A) n: i0 _
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；# w3 |& e" }9 A! s8 K. w6 n: [ s
PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°；
+ |) H j0 U! @1 m8 ?
% P! g: d; b$ o& Q采用干切削； 6 l# A! L- q/ Y6 r! U2 a
9 j5 A# u" G. w4 F5 ]1 U 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)。
9 h$ [; p( N% j5 A# f2 `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' G7 x$ n- e1 F5 S! U3 _6 k
采用干切削；VB=0.1mm。
# D/ T- h7 B3 `, R得到T-ν曲线如图2。; D; \/ M, q. K
其泰勒(Taylor)方程为$ }! L4 j: {$ l$ v" K) b! w
ν=590/T1.81
# H' M7 ]0 n1 @作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。 . O7 h0 |8 r% W' ?. d* {" ]
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, ?8 n5 h- z P2 S. O8 b
* _7 d: B! M5 c% J
采用干切削；VB=0.2mm " J4 t; s$ U! |1 K) D8 ?
得到T-ν曲线如图3。 2 \+ e' f% D5 e; E+ F
0 D8 N+ e; {8 Z. [1 ~' t其泰勒(Taylor)方程为 / u+ W Y6 I) l ~1 c
ν=82／T0.48
8 {2 b& @2 O) F# h7 _2.2切削工程陶瓷
/ A6 t* P9 Z6 S, f8 H 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)。 / k* o$ Y7 G7 j. F/ G
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：
( o. `( Q0 V8 Z3 [& R PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；1 ~ K1 ~+ X* l7 n: T
PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
8 W& h* l9 C: c `* c% T6 P- _' T! I6 n
采用干切削； & T$ i4 |/ u- {( c, A/ ?
$ j) B# K( o2 j, m- D/ c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。
* t3 K' p" n( C0 a2.3切削工业玻璃 , z5 |0 n- M# U% p6 z8 j# n3 a
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/min8 O1 I$ M, \8 \1 w
/ l) W! J x9 n& D
刀具几何参数：同2.2 3 `6 W5 _& P$ {# ]" M
采用干切削；
l' B+ q, ]) i/ V9 {& h1 A 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。
5 _9 ~+ S+ s; Q- `; Y1 Q1 S 3 超硬刀具切削复合材料. ~' h- [% j8 F$ l8 @
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。
7 R3 M' T" G- C5 a% r: q 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。, q* b' `; U) I8 Z7 Z/ t
3.1 切削纤维加强的复合材料
* w1 ~# U2 u# k8 K' 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。
; D- e! u# l8 `0 [' P7 \2 h3 v( i 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
$ F* G# I+ C4 X: v5 M# n, m3 A! F7 t 刀具几何参数：4 a( _- y2 j9 P- N9 |$ l
YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；
0 Y" j J, }7 x1 M& W5 Q hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm2 R+ V0 G. A9 V* B% }7 O9 l
CVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
- x4 j. @& I/ M, T8 @. W CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；
8 x. Q% R3 R7 P) d+ q" B9 W1 h PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
! r# v& w! G9 c5 Y; Y: x& I8 w 不加切削液
! F+ b. d {6 a8 ?7 N2 `- x得到的刀具磨损曲线列于图6。
! C; W. F; i1 F; C% G1 |9 } 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。
9 w$ K# t5 G8 x6 w: y 还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。
4 ^, t2 u8 I3 M 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min
( R6 Q# [2 t1 g 刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm" w5 u6 I& E4 E I
干切，VB=0.05mm( r5 n: H9 }& s) g1 h' c' D& d
得到T-ν曲线如图7。. d% b" o' R1 B: ^7 ]6 @
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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