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1 前言 h" s6 K; m' d/ v
- H" H( Y4 Z3 X8 @4 E& Q2 f 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。 8 \- c9 D1 @* J: E2 _
5 v+ q2 ^& e4 B% s$ L9 v5 ^& ~2 超硬刀具切削硬脆材料
; E; [% G# w2 r2 T; b5 L" X2.1 切削硬质合金
+ Z" n* F$ c u0 P8 K 用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85) 1 P9 Y/ S% E; B. L" b
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：
: B1 W9 e: I$ `, U; a& W PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；
$ t6 `. Y! I& w' M5 m PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°；
( T" M3 D+ `4 @1 ]) `
4 e6 c5 i6 i! Y; w- V6 A& C8 q采用干切削；
9 `( K @$ L7 E# e1 F1 N
# V8 b# x5 x( [0 D' k6 F- o; }1 ` 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)。
2 K3 c: K2 A1 Z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
8 Y M+ ~2 W" f/ R4 e% F采用干切削；VB=0.1mm。
: F J* |; r8 C& B2 f$ k. H! J" T得到T-ν曲线如图2。
) N0 C. i- T# F5 y* L其泰勒(Taylor)方程为
- k: i# q, t' ~0 {4 X1 P7 Y* nν=590/T1.81
9 i, d* }/ ]6 O! K# X2 j2 K* ]作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。 0 w/ k0 _3 @- S1 s7 J
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=0.5mm3 h1 ?* w8 j2 S( s' o
" k5 ~0 H7 R) X0 ]1 J3 M采用干切削；VB=0.2mm
& ~- Z3 l# K; y得到T-ν曲线如图3。 " J ?$ v0 `& Y4 f) m; E8 U& e
2 k' H9 ~' s4 K- t! s
其泰勒(Taylor)方程为
! h7 m3 @9 U- l. q6 f) {ν=82／T0.48 , C% F, m3 [9 S6 f7 ?0 \
2.2切削工程陶瓷 + n9 \( O' R1 L+ u% |( U0 N! ~
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)。 ) Q7 k' _4 |* _5 [
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：/ j4 j' g- @$ \; ^
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；- ^1 w7 c0 s; M/ |' G
PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm；
* E+ X' Z& Y) p) s. `3 f
1 R" y: w) a# Y" x W/ x 采用干切削； ; Y; c; [% b" E9 i6 c2 k7 Z
& c7 @8 }: P) C( ` P
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。 , P/ D) d' X2 N# B) Z2 {
2.3切削工业玻璃
1 v7 t8 p$ @ W/ L- G. D$ 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/ X3 t$ }4 Q+ R7 _" p5 f! B
5 i/ Q/ V# B6 s2 p! k
刀具几何参数：同2.2 6 T! @# | X1 i6 U; e' F0 g9 u9 N
采用干切削；
2 Z G; W7 t) H2 b3 B1 R9 S 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。
+ ?6 O# u" |* R' }8 z 3 超硬刀具切削复合材料
: Q6 X5 ?2 l4 t1 V7 a 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。
9 W% M" w# s r/ 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。! a0 A T" L8 ] U( t& c$ _' [
3.1 切削纤维加强的复合材料+ i; i( n$ m; e2 e' [
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。/ B' _* k4 Y$ b. N, A6 ^. x# d
切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
0 G( N5 a& f! M0 x* ~5 Y- ^. q. Z 刀具几何参数：3 U3 {1 f6 F3 Z6 o
YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；1 D2 S2 ^ s* k% q' A; s! F
hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
, J# P! k9 U4 VCVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；- w; q! p3 w7 [2 L Z" m5 v, C- v1 ~
CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；, `+ g0 k( D% w6 X2 g# ]/ n8 x6 n
PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
" Z. F0 t' k) L2 I3 b. C 不加切削液
7 A* P7 v# V1 e得到的刀具磨损曲线列于图6。
" J: t% I% [3 B9 ~; j$ }7 o5 B& T 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。$ f7 J7 ~% ^3 G, |. |" ` z( \
还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。
1 D5 X# N: w: f/ R. K& t 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min
$ B4 Y/ A" Z4 t% P& _; q# G! p 刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm
, F6 h; w+ w( L ^ 干切，VB=0.05mm, o$ ^2 n" a9 t" {) \, `
得到T-ν曲线如图7。
2 X) j# N2 t1 G, q$ Y6 s f |
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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