CVD金刚石厚膜刀具切削性能的试验研究

CVD金刚石厚膜材料为全晶质纯多晶金刚石,具有硬度高、导热系数大、摩擦系数小、各向同性等优良的物理机械性能,它既弥补了天然金刚石稀缺昂贵、各向异性等不足,同时又克服了人工合成单晶金刚石颗粒细小、聚晶金刚石膜界面结合强度低等缺陷,是制造切削刀具的理想材料。在国外,CVD金刚石厚膜刀具已步入商业化应用阶段。在国内,对此类刀具的研究开发及产业化进程也不断加快。

可以预见,CVD金刚石厚膜为纯多晶金刚石材料,碳原子以sp3型共价键结合,其硬度接近天然金刚石,高于采用钴结合剂的聚晶金刚石,CVD金刚石的晶粒度大小对耐磨性的影响不同于PCD。PCD刀具的晶粒尺寸越大,耐磨性越好,对粗加工较为有利；对于工件表面质量要求较高的精加工则需选用细晶粒PCD,但刀具耐用度有所降低。

金刚石的热导率高于所有其它材料。CVD金刚石的热导率为8～20w/cmk,远高于银的热导率,高热导率有利于切削刃的热量传导,可避免因刀具发热而发生粘刀现象,从而提高刀具使用寿命,减少工件的热损伤和热变形。

切削试验分别在某航天行业工厂和北京理工大学进行。试验用机床为瑞士制造的shaublin125型精密车床；试验用的4把CVD金刚石厚膜车刀片采用厚度为0.6mm的CVD金刚石厚膜焊接在硬质合金刀体上,刀片总厚度为1.6,用一把CVD金刚石厚膜车刀片加工硬铝合金～6μm,进给量f=0.01mm/r,切削速度v=120m/min。切削试验结果：被加工表面粗糙度ra=0.05μm(提高有一定限制),表明用其它三把CVD金刚石厚膜车刀片分别切削三种复合材料：酚醛塑料基玻璃纤维增强复合材料m的铝基sicp颗粒增强复合材料。刀片几何角度为：g=0°,a=6°,kr=75°,kr’=15°；刀尖圆弧半径r=0.3～0.35mm。采用j19型万能工具显微镜检测刀具后刀面磨损带宽度。

结果表明,CVD金刚石厚膜刀具在半精密、精密切削加工中,具有比PCD、PcBN超硬刀具更好的耐磨性和更长的使用寿命。此外,由于CVD金刚石具有低摩擦系数和高热导率,允许采用较高切削速度而不致产生有害的热量积累,因此CVD金刚石厚膜刀具切削硬铝合金表面粗糙度低,因此该刀具适用于精密切削加工并有可能替代天然金刚石刀具用于超精密切削加工。

CVD金刚石厚膜刀具切削酚醛塑料基玻璃纤维增强复合材料、铝基sicp增强复合材料等难加工材料时的耐磨性、使用寿命等切削性能明显优于硬质合金刀具、CVD金刚石厚膜刀具具有优异的切削性能,在超硬切削领域具有广泛的应用前景 (中国供应商网)