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1 前言
# _; W* m/ J& Y. y R 8 w( N }4 O6 s
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。
/ ], \, f/ H% [ ]4 R& k3 ~. Z1 C7 g% p) u" t( [5 Q+ @5 p
2 超硬刀具切削硬脆材料
! R4 t1 s7 N7 ^& z! _& Q2.1 切削硬质合金 5 c4 C9 {3 f m5 e" z
用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85) Q2 F4 H$ _, ?$ m- V
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：, m& Y0 l) q2 y+ D, P
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；
2 ~# c; ?; D2 y" A F: s7 s PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°；
9 N- y7 Z* {- A
) i+ X3 x } c5 b采用干切削； & q; m- b! c0 S. Q6 [$ ~5 z
: G d- ?; p0 C: c2 w8 l& {1 w* Z) b 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)。
- W7 R7 w; X- t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, ]3 [4 l6 ]3 ?6 s+ u0 r A& X
采用干切削；VB=0.1mm。
# Q. I4 S; O2 `3 H得到T-ν曲线如图2。
; u) |" z" E: j. S/ r* B) H z e其泰勒(Taylor)方程为
/ Z3 o8 W, P, F; Z+ e/ I/ g) Gν=590/T1.81 ; z9 A) m5 S$ O$ J4 S6 E$ a
作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。 + a# }3 W9 T' D, e2 y9 u+ W
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
" ] j A2 W6 O/ D9 P
; s \; m, I! k- x8 D# W% e9 \采用干切削；VB=0.2mm
/ T2 m9 ]$ ^, B得到T-ν曲线如图3。 $ c7 W( l" g3 E8 l$ |- Q; l! J
+ m- w: p+ L- E0 j
其泰勒(Taylor)方程为
7 b- y" F& f" l1 V1 \8 g3 Qν=82／T0.48 : C4 i$ o0 S$ h' e6 D
2.2切削工程陶瓷
m; G, ]* w5 X }' Y$ E 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)。 z$ B9 X+ G. A" O% |
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：% {( z T5 h2 _
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；5 I7 z/ l7 T$ F% S/ A
PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
2 B) ?$ e }1 V0 \1 V1 t! V& q1 w0 o7 S3 C+ ?5 N
采用干切削；
' }. k: S: h1 C& f9 r* Y* C$ l! d( _% P; t+ 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。 8 `; j9 K1 I" i4 t7 d0 E- e
2.3切削工业玻璃
4 K+ ]9 G+ v9 `8 N6 }! i: n! K; p 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
0 s5 w% v9 ^' ?4 x$ z/ r. ~
; C) c# P% n5 `# T% q2 a 刀具几何参数：同2.2 2 }% n5 e% V O, o6 k8 T! f/ m
采用干切削；
, g5 i+ ~# x, d: [& i/ K 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。 : ]* m+ ~" C, T( |' R
3 超硬刀具切削复合材料, v$ ^2 a9 d9 ^, Z, j
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。4 N. g) n& T/ J& L* c
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。; m1 X* o& w" v& f9 A# M. E3 n
3.1 切削纤维加强的复合材料, f* r/ s* r! D- Z: `* 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。5 ]. Z* A. _) v$ E1 v* {
切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
+ h8 q8 t5 s- E4 u0 | 刀具几何参数：
, k9 v: q6 h$ r- }/ l' |* `# a' ]+ r YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；
' i: H( o) |5 b hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
8 Z' O& z$ g- O2 E) uCVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；8 m% A3 U% R/ U# O( Y
CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；
8 Z# X# u- {% N2 R; W. S PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
! l0 y x" \8 V( Y" H0 ~3 u5 \ 不加切削液* N8 G1 `7 t- A/ n+ Y: v
得到的刀具磨损曲线列于图6。- t q- A! o; H& E0 i6 Y* c% l
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。
) r; {. u, u- y( }/ ?8 X# ? 还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。
, Y0 J/ y3 w) Q/ f d 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min7 U4 U& I" @- |% o3 F
刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm3 c U5 t% ]& l
干切，VB=0.05mm% l( H! K, c2 s' {+ G
得到T-ν曲线如图7。
% Y+ N' n& d+ k6 b |
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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