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1 前言
2 s5 k2 b: Z& }, q) B, W ! o+ K& _9 u5 K% V
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。
( L; I7 w; V* u
3 r! _, W: x0 M" o. C2 超硬刀具切削硬脆材料
9 H# Z* m( _# B' p* P6 s2.1 切削硬质合金 , q! f# K$ M0 z) m7 e0 ~: c) A
用PCBN与PCD金刚石刀具车削硬质合金YG20(HRA85)
6 W# }6 F- t! n0 q 切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r，ν=16m/min 刀具几何参数：
/ Q# n5 B% O1 m' B: w, T7 G! [ PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，κr =45°，rε=0.5mm，λs =0°；
: y- j9 [5 `' r PCD γ0=0°，γ01=-20°，bγ1=0.2mm，α0=8°，rε=4mm，λs =0°； 3 y$ U3 s/ ^! `% p: `, ]9 }
5 `* H* E2 W+ G5 m/ l% u采用干切削；
6 o8 U$ W2 T' I/ l0 R( |" I; v; o- q# ]- g( R; G
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)。
) N/ e6 N& @, R1 q p0 `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 c7 U3 E/ x5 {) `% B# b
采用干切削；VB=0.1mm。% X9 `. ]2 h1 x- m. n
得到T-ν曲线如图2。
* J8 E" T, l# B其泰勒(Taylor)方程为3 B2 m# k$ Y, N0 s- G
ν=590/T1.81 9 S9 H+ ]+ I/ ~+ Y8 r
作者还用PCBN刀具车削YG20(HRA85)。 8 P5 q" T1 ]. T4 o; 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=0.5mm8 c" Q! J8 j% b+ A1 D4 u
6 a. S d' s: m$ D7 b3 E# q
采用干切削；VB=0.2mm
( G4 }, Q/ ~2 F" o K& g, i得到T-ν曲线如图3。 5 k' }) S# A6 g
4 D t+ z$ [: l- _; I4 T0 w其泰勒(Taylor)方程为 7 F; _8 {5 l: i
ν=82／T0.48 & Q- t6 T. R3 N s7 B6 Y, U& {# y
2.2切削工程陶瓷 7 A# T& ]3 m m4 R, @" \
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)。 , x, A5 W0 `7 L0 x. S
切削用量：αp =0.1mm，f=0.05mm/r, ν=42m/min； 刀具几何参数：# a* m; P8 Z9 V1 c+ E. C" @
PCBN γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
/ C# U, W( M$ \4 l. w) H' m8 r" b PCD，CVD γ0=0°，γ01=-20°，bγ=0.2mm，α0=8°，λs =0°，rε=4mm； 2 Q$ _5 m" q( t( ]+ Q2 s
, J0 D o1 y; \* E
采用干切削； ! G1 F$ R4 `, k5 U+ m
$ Y. f% u$ a6 Z' u8 R; f- [2 \6 n! d
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 I: T0 F( Q# U3 P& r2.3切削工业玻璃 # M. W, F1 n+ M+ g* q# k0 x. q B
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! R7 f0 |" W+ Q$ s
4 Q& P4 U) i- b) Q 刀具几何参数：同2.2
& e4 E$ K; b0 G5 | 采用干切削；
$ N( E& P3 P! h" d; v 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。 " c# D. h, J. f. H9 y
3 超硬刀具切削复合材料4 `* Q0 X# `! ?+ ^2 @
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。
$ W7 b, v+ u5 Z1 ^# _: u. d 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。( ]" F3 i: ~# U0 l1 W
3.1 切削纤维加强的复合材料
! A, I$ ^0 l" j$ } 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。
9 h9 e/ z) q) U3 }# [! C 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r，ν=80m/min；
. j. @2 M4 T! Y: e8 s% t4 l4 O 刀具几何参数：3 p* G) @* {0 n/ d/ Z4 K* Z: N
YS8 γ0=0°，α0=8°，κr =45°，λs =-4°，rε=1mm；
2 ?! V: S1 p$ d5 O. m hdm3 γ0=8°，α0=8°，κr =75°，λs =-4°，rε=1mm
* k' i- c2 w8 i; O& n, G0 uCVD厚膜金刚石 γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；
9 L7 X2 _) F7 T CVD薄膜金刚石 γ0=-10°，α0=8°，rε=4mm；" M W% I1 _ Z) ~% E- E2 y5 I* B
PCBN γ0=0°，γ01=-15°，bγ=0.2mm，α0=8°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm；9 g( W/ s4 Q. J0 t& y8 g5 ^4 R, ]
不加切削液. M ?3 ~: Q* u% C* ?% ?
得到的刀具磨损曲线列于图6。
0 f; W% h- L5 K" |5 [2 u+ J 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。+ `) T* B# X5 U; b3 Y, J6 ]
还有CVD厚膜金刚石刀具车削GFRP。
2 Y, v: o. f8 @$ O 切削用量：αp =0.3mm，f=0.1mm/r, ν=149～310m/min6 u7 B7 s2 p% |" `- c
刀具几何参数：γ0=0°, α0=7°，κr =45°，λs =0°，rε=0.5mm
! f/ e2 h% j% c0 O, ~1 k 干切，VB=0.05mm2 K/ t+ I* {+ e7 d: f
得到T-ν曲线如图7。0 {9 y7 X; Q Y. b, |; w
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发表于 2009-5-13 13:32:46
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