超硬耐磨涂层车加工研究

于 泽，王建新

1.中航工业沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043

2.沈阳黎明航空零部件制造有限公司，辽宁 沈阳 110043

0 引言

现代航空技术飞速发展，新材料，新技术层出不穷。耐磨涂层的出现更解决了复杂零件内腔装配面易磨损的难题。在众多耐磨涂层中，航空机匣多采用碳化铬（化学式:Cr3 C2）涂层。本文重点研究的问题是这种超硬耐磨涂层的车加工。

1 超硬耐磨涂层的车加工技术

首先我们先来了解一下碳化铬涂层的属性。碳化铬常规状态是灰色粉末，斜方晶系，微维氏硬度（负荷50g）2700kg/mm，密度在室温下是6.68g/mL，熔点1890℃，沸点3800℃，热膨胀系数10.3×10-6K（非常小，在一般的工程计算中可以忽略不计），是非常优质的耐磨材料。一般采用等离子喷涂技术，将碳化铬均匀附着在车加工的工艺槽内，经加工后涂层厚度为0.1mm～0.2mm，非常薄。这就导致这种涂层易碎，不耐冲击，加工个过程中极易断裂脱落，因此大都采取磨加工。

但是在工厂财力紧张，没有购买磨削设备，或者零件批量小，不值得为其购置专门的磨削设备时，车削则是最好的选择。下面根据涂层性质我们选择刀具、切削参数、刀具路线。

1.1 刀具选择

首先我们根据加工经验选着刀具，刀具商专家的推荐，只有两种刀具可以选择，一种是立方氮化硼车刀片，另一种是金刚石刀片。经过试切削，立方氮化硼刀片的消耗是金刚石刀片的1.5倍，表面质量，加工合格率也不如金刚石刀片，唯一的优势是价格略低，但是在实际生产中时间是最宝贵的，零件的质量是最重要的，所以我们选择价格略贵，但加工效率，性能稳定的金刚石刀片。材质确定了，接下来是刀具的技术条件。考虑到金刚石刀具脆性大选用的是55°不带后角的R0.8车刀片。但是加工中，珍重刀具切削力明显不够锋利，加工中让刀较大，最为严重的涂层在加工中时常脱落掉块。所以又试验有后角的刀片，涂层脱落现象少了，让刀依旧，最后均衡表面粗糙度，和加工合格率，选择了55°待后角R0.4的金刚石车刀片。

金刚石刀片简图

2.2 加工参数

涂层脱落断裂除了喷涂的原因外，就是切削力大导致的。刀具已经是最锋利的了。保证切削力小，线速度必须要低，经过反复试验，线速度在22m/min～25m/min是最合理的。切深粗车时是0.05mm～0.1mm，精车0.025mm～0.05mm。由于刀具圆角R0.4mm，为了保证涂层表面粗糙度，进给F为0.08mm～0.1mm。

2.3 刀具路线

通常情况下，切削开阔型面，从一面进到，从另一面出刀非常简单。但是这种程序往往在最后情况下出现涂层脱落。我们与专业的喷涂技术人员探讨脱落原因，他们告诉我们涂层与及基体结合部的附着力最弱，而涂层中间位置结合状况最好。我们根据喷涂技术人员的建议，将程序的进到位置改至涂层中间，圆弧进刀，由中间向两边车削（如下图），这样使进刀的冲击力抵消在结合力最好的涂层中间，避开涂层结合薄弱点。

图示:车涂层刀具轨迹

在加工过程中，开始考虑到金刚石刀片和涂层的熔点都很高，没有使用冷却液。但即使线速度仅有22m/min，产生的切削热也足够影响零件的强度了。使用冷却液后，涂层表面质量和尺寸的合格率非常高，而且消除了粉尘，保护了机床操作者。

我们实际加工的零件规格是:要求直径Φ534.025+0.05/-0.025mm，宽度6.5mm，车削余量0.3mm～0.5mm，试验车涂层零件的结构强度非常不好按照试验的结果，加工参数为:刀具:55°带后角金刚石车刀片；转速S 14R/min；进给F 0.1mm/min；切深ap 0.05mm；全程喷冷却液。加工后，直径在Φ534.025 mm～534.05mm，表面质量1.6，跳动，圆度均满足要求。唯一的小瑕疵是涂层的上下两端直径有0.01mm～0.02mm的差距，这是由于零件的结构强度造成的，建议如果尺寸要求严格，就编制斜线程序，在程序中补偿，这样就弥补了上下直径不一的缺陷。

3 结论

在后续的涂层加工中，采用金刚石刀片车加工超硬耐磨涂层（如碳化钨涂层）均取得了良好的效果，而且零件的合格率在95%以上，达到了预期目的，而且加工效率也 很高，刀具消耗每个零件一片刀片，而且刀片还可以返磨，成本非常低，完全满足大批量生产的要求。而且不用购置专用设备，一般的数控车床都可以加工，节约了购置设备的成本，也节省了车间的空间。同时车涂层可以使用冷却液，不产生粉尘，对机床操作者的健康也起到很大的保护作用（耐磨涂层都是强烈的致癌物）。因此车削超硬耐磨涂层可以推广至其他的耐磨涂层，工业陶瓷的加工，前景非常好。

[1]邓福铭，陈启武主编.PDC超硬复合刀具材料及其应用[M].化学工业出版社，2003，1.

[2]彭林中，张宏主编.机械切削刀具及应用[M].化学工业出版社，2009，1.

[3]邓建新，赵军主编.数控刀具材料选用手册[M].机械工业出版社，2005，8.