2 超微細結晶金剛石涂層銑刀的切削性能

1. 被加工表面粗糙度
   人造金剛石涂層是在基材表面形成晶核(微小的金剛石粒子)、晶核沿柱狀成長所構成的金剛石多結晶集合體。金剛石涂層薄膜表面凹凸不平(如圖1a所示)，通常表面粗糙度為Ry4～10µm。鍍有金剛石薄膜的切削刀具在加工鋁合金時，其凹凸不平的表面形狀會影響到被加工表面的粗糙度，因此難以獲得精加工所期待的光潔表面。未涂層的超硬合金刀具雖然能獲得比較光潔的加工表面，但刀具刃部在很短的加工過程中就產生粘刀現象，從而影響工件表面粗糙度并導致刀刃的早期磨損，使之達不到預期的使用壽命。OSG 公司研制開發的超微細結晶金剛石薄膜不僅平坦光滑(見圖1b)，并且與普通金剛石涂層銑刀的表面相比，超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀表面具有很好的光澤度。
   
   (a)
   (b)圖1
   采用超微細結晶金剛石涂層Ø10mm 雙刃銑刀對鋁合金材料A7075進行切削試驗。切削條件為：線速度200m/min，切削進給速度0.05mm/刃，切削深度0.1*10mm。試驗結果顯示被加工鋁合金工件表面(其表面粗糙度見圖2a)與未涂層超硬銑刀加工出的表面(見圖2c)具有同等水平的光潔度。
   
   圖2
   (a)
   (b)
   圖3#p#分頁標題#e#
2. 抗粘著性
   金剛石刀具干切削鋁合金時具有非常優秀的抗粘著性。金屬化合物薄膜(如TiN、TiCN、TiAlN、CrN等)雖然有良好的加工特性，但在切削加工過程中薄膜會很快磨損。薄膜發生磨損后，其表面形狀會發生改變甚至露出基材表面，從而引起鋁合金的粘著現象。而金剛石涂層刀具在加工鋁合金時的磨耗非常微小，長時間使用后仍具有良好的抗粘著性并保持良好的切削加工性能。
   別采用未進行金剛石涂層的超硬合金銑刀和超微細結晶金剛石涂層銑刀對鋁合金ADC12(含Si量12%)進行干切削粗加工試驗。銑刀直徑均為Ø10mm，切削條件為：線速度300m/min，切削進給速度0.15mm/刃，切削深度2.5*8mm。試驗后兩種銑刀的刃部分別見圖3a和圖3b。如圖3a 所示，未進行金剛石涂層的超硬合金銑刀，在切削加工的初期由于刀尖發生粘著現象，切屑的排出受到很大影響進而引起溝槽內切屑阻塞，粘著現象逐漸嚴重；而超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀(如圖3b所示)僅在刀尖部位有鋁合金摩擦過的白色痕跡而未發生粘著現象。
   
   圖4
   圖5
   在上述切削條件下進行了刀具壽命對比試驗，試驗結果見圖4。未涂層的超硬合金銑刀由于發生了粘著現象，經過很短時間的切削后就不能再使用；而超微細結晶金剛石涂層銑刀在切削長度達到700m 以后仍可繼續使用。由此可見，超微細結晶金剛石涂層刀具對于鋁合金的干式切削加工具有非常優良的切削性能。
   另外，普通金剛石薄膜的結晶粗大、表面凹凸不平，在干切削鋁合金時，涂有這種金剛石薄膜的刀具在晶粒與晶粒間的凹部很容易產生粘著，從而降低被加工材料的加工精度和表面粗糙度(圖5所示是發生這種粘著現象的實例)。而超微細結晶金剛石薄膜表面粗糙度在Ry1µm以下，切削試驗中觀察不到有粘著現象發生。
3. 薄膜韌性
   由于普通金剛石薄膜是在基材表面形成金剛石晶核后，晶核沿柱狀成長形成的多結晶集合體，因此在這種柱狀晶界間容易形成細微裂紋進而導致薄膜的損壞。而超微細結晶金剛石薄膜的晶粒微小，可有效防止細微裂紋的擴展，從而具有較高的韌性。
   分別采用普通金剛石薄膜涂層銑刀和超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀對鋁合金ADC12 進行濕式切削試驗，切削條件為：線速度400m/min，切削進給速度0.05mm/刃，切削深度0.1*10mm。在進行了切削長度為1108m 的切削試驗后，兩種銑刀的刀尖狀態見圖6：普通金剛石薄膜涂層銑刀尖部發生了崩刃現象(如圖6b 所示)；超微細結晶金剛石薄膜銑刀僅有少許的磨損，而刀刃仍保持良好的狀態(見圖6a)。
   
   (a)
   (b)圖6

3 結論