圖1 金剛石薄膜刀片

2 試驗刀具及材料

(a) ×40

(b) ×150

(c) ×150

3 干切削性能試驗

1. 薄膜涂層刀具干切削含硅量12%～14%的硅鋁合金
   試件尺寸f75×300mm，金相組織如圖2(a)、(b) 。
   試驗參數1234機床主軸轉速(r/min)5208309801400進給量(mm/r)0.050.10.2 切削深度(mm) 0.10.20.4

   表1 切削試驗參數選擇

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   根據生產中半精和精加工硅鋁合金的切削用量，切削試驗參數選擇如表1。
   每隔一定路程測量一次試件表面粗糙度，得出如圖3的進給量與表面粗糙度的關系曲線，可以看出，進給量對表面粗糙度影響較大，圖4為試件表面粗糙度隨切削路程的變化，可以看出在切削穩定期內、在相當長的切削路程后、直達41.5km時，試件表面粗糙度值都在Ra1.0µm 左右。
2. 薄膜涂層刀具和硬質合金YG6切削含硅量24%的高硅鋁合金
   試件尺寸f60×200mm，選擇切削用量為: n=830r/min，f=0.1mm/r， ap=0.2mm。每隔一段時間測量刀具后刀面的平均磨損量VB值，得出VB-時間曲線如圖5，可以看出: VB=0.15mm 時，金剛石薄膜刀具切削時間為174s，而YG6僅8s，相差20多倍。
   
   圖3 進給量與表面粗糙度
   圖4 切削路程與表面粗糙度
   圖5 金剛石薄膜刀具與YG6刀具的磨損曲線
   圖6 金剛石薄膜刀具加工活塞外圓表面形貌及粗糙度
3. 薄膜涂層刀具干切削汽車活塞
   試件尺寸f80×120mm，金相組織如圖2(a)，選擇切削用量為: n=980r/min，f=0.1mm/r， ap=0.2mm。切削后測量試件表面形貌和表面粗糙度值如圖6，表面粗糙度Ra=0.8µm，滿足生產中對活塞外圓表面的表面粗糙度的要求。
4. 某活塞廠生產線上切削含硅量24%的高硅鋁合金
   工件尺寸f62×80mm，切削用量: n=1380r/min， f=0.1mm/r，ap=0.2mm。用硬質合金YG8刀具切削5s后即出現可觀測到的磨損，用金剛石薄膜涂層刀具切削570s后刀面脫膜，聚晶金剛石刀具切削600s后可觀測到刀尖刃口出現磨損。

4 結論

1. 從切削試驗看出，用金剛石薄膜涂層刀具干切削硅鋁合金，刀具初期切削時試件表面粗糙度值不穩定，進入刀具正常磨損階段，試件表面粗糙度值非常穩定，切削路程相當長，具有很好的干切削性能。
2. 切削用量對表面粗糙度的影響最大的是進給量f，在較高切削速度的情況下，只要進給量合適則表面粗糙度值變化不大。我們認為，加大刀尖圓弧半徑r_e，進給量f對表面粗糙度的影響會減小。
3. 從切削試驗看出，干切削硅鋁合金時，金剛石薄膜涂層刀具的使用壽命遠高于硬質合金，與聚晶金剛石刀具相當。干切削加工的表面粗糙度值也能滿足對活塞外圓表面粗糙度的要求。因此，金剛石薄膜涂層刀具在生產中可以替代聚晶金剛石刀具。由于金剛石薄膜涂層刀具制作簡單，成本較低，將會帶來良好的社會經濟效益。