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1 前言 ; _; R1 O/ p1 m3 u# X$ C
4 B3 [+ g* x$ X @. Z+ m
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。 9 Q3 k, p! ]8 a+ t/ ^8 y) [: q
; e6 a' u, w2 ]0 U
2 超硬刀具切削硬脆材料
* Q9 ~0 K$ ]. G, X/ }2.1 切削硬质合金 " s3 y3 I1 g# r9 v5 `
用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85)
- i2 \3 L, a1 A2 V! |8 W 切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：- d0 G; d, t) b2 X# t) _+ w: P
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；4 g; E0 ^; N( T/ ~8 n
PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°；
( h6 V, L% z% g( }) _/ x
9 J4 l( L2 G% Y/ }/ {采用干切削；
3 Y/ g9 a& G1 {( E
. R5 c- a3 h& V( x 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)。 5 m3 I4 o9 P. k- U
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
2 ^9 g7 U6 h" Y' ~" e& {' U采用干切削；VB=0.1mm。
# B" W7 X9 T, Y% X得到T-ν曲线如图2。: t) s4 j. J6 `6 I, l
其泰勒(Taylor)方程为
7 y# o$ \' J1 D5 ?: Dν=590/T1.81
5 j+ W6 e" b+ M2 m; K7 A作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。
$ k$ f8 T }- [, }6 T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
$ F" v* Y# I9 b6 ?$ D- g9 R# W2 }' V4 w0 M) R( h; G1 Q
采用干切削；VB=0.2mm 0 K: \; ~5 m) ^ S6 H
得到T-ν曲线如图3。 * }+ Z5 K: ]. W% ?- B; }
8 k/ ]+ Z; T* q% V4 K
其泰勒(Taylor)方程为 0 j0 ?- U& z0 Q) O1 W) b" }
ν=82／T0.48 " q3 N4 Z' O4 C7 f
2.2切削工程陶瓷 9 A2 R% R+ {) {( t. Q: [- z1 G# w
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)。
" f( g3 ]' O2 _% c. c( z) G 切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：
; y" z! p% M) [3 K6 s9 v PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
+ ^! E/ I& b# I* m6 F( | PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
7 ~5 [/ A2 f1 Q8 b! a& Q/ J: T
& u! {7 E5 z% L; O* U3 y! e 采用干切削； 8 f" n" ?- |- [* y4 F- F6 k+ |. f
0 ]6 e d# ?3 f4 F/ ]# 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。
. e. x6 B9 C8 j7 P# R/ d- E2.3切削工业玻璃 $ C( G/ S! D0 Y$ U3 ]5 O( ?
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
: }- K* E0 e9 N% A% _" Z* \3 @0 o! B8 t( e( I" d: x2 s1 n. b
刀具几何参数：同2.2 & g$ Z f* x1 V1 h! G p, l
采用干切削； ; S) h" J% m; [ P# Q
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。
& x' D0 e( z* Y 3 超硬刀具切削复合材料5 F4 e( T# D+ ?$ \8 e
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。
6 v+ M* Z( k6 j4 a/ f! x 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。
* u) y: _! c' ?+ H3.1 切削纤维加强的复合材料
" ]1 Q% M8 D/ |9 m) n0 y: D# k% ? 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。
2 T: V+ M* \+ B9 t 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
& o& S3 G P( B/ F L8 M* O) v 刀具几何参数：
3 a6 x9 s! `( V% H YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；& C( |1 _, y6 e* P6 W4 A
hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
8 t3 r! Q% K6 r9 S) _ r; `CVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
: h, C" i' j, ?$ f, b) c2 k- v/ u/ N3 _ CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；; c. d3 J- q& V9 n5 k$ J
PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；( E$ A* @9 w1 x! U5 S6 t4 h0 Y
不加切削液( L, p4 X/ o# a) C( s2 a @
得到的刀具磨损曲线列于图6。: j8 N( a( L8 U( a; @# X
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。 f& s1 v; h3 M1 [
还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。3 X& Z6 d+ v! B0 x0 q* q
切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min4 h& z% u' {8 }# B! R
刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm
& E' J& Y2 \3 u$ X0 t- d$ V 干切，VB=0.05mm
' F- A7 j- r8 X7 M% g2 J3 H! e 得到T-ν曲线如图7。
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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