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铣刀 |
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超微晶金刚石涂层立铣刀 |
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作者：日本OSG公司 |
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日本OSG公司是一家集整个切削刀具的生产和销售于一体的综合刀具制造厂家。其研究部的主要任务是根据客户的要求，致力于适应各种切削材料、刀具的基础研究与开发。最近，该公司研制出超微晶金刚石涂层立铣刀。
近年来，为实现结构部件的轻量化，铝合金在航空、汽车等有关领域的使用量大幅度增加。但在轧制铝合金的切削加工中，虽然切削抗力比钢小得多，但容易发生粘刀，加大了加工难度。高硅铝合金是一种难加工材料，其组织中分散着过共晶析出的硬质硅颗粒。这种硅颗粒的硬度高达1000HV，足以可使刀尖急剧磨损。
采用单晶金刚石车刀加工易粘刀的轧制铝材，可获得良好的加工表面粗糙度。这是由于金刚石的化学性能稳定，对金属的粘刀有一定抗力的缘故。也可采用聚晶金刚石(PCD)车刀进行加工，但PCD组织中含有结合剂钴(Co)，抗粘刀性低于单晶金刚石。
采用金刚石刀具加工高硅铝合金，由于金刚石与硬质硅颗粒接触可防止刀具磨损，所以刀具的耐用度很高。
使用金刚石刀具加工铝合金，具有良好的切削性能，但由于金刚石刀片形状的制约、刀尖形状难于刃磨等原因，所以目前在生产中尚未将其应用于立铣刀上。
近年来，随着金刚石涂覆工艺的发展，形状复杂的刀刃已能通过CVD法涂覆金刚石涂层。为此，形状复杂的立铣刀也可进行涂层，不过实际上在铝合金的加工中，仍然有不少问题有待解决。
新开发涂层的特点
改善了加工面表面粗糙度
金刚石涂层基本上是由100%的金刚石组成，对于铝等有色金属具有良好的抗粘刀性，因此曾探讨过在钻头、立铣刀上涂以金刚石涂层。但金刚石涂层是由母材表面发生的微小金刚石核生长的金刚石聚结晶体，涂层表面的聚结晶体约为5～10μm。将其涂覆在刀具表面上，用该刀具加工铝，则金刚石涂层表面的凹凸形状便会转移到铝的加工表面。因此，采用金刚石涂层刀具加工铝合金，其工件的表面粗糙度欠佳，故不宜用于精加工。
超微晶金刚石涂层加工的表面粗糙度 Ry0.66µm
其它金刚石涂层加工的表面粗糙度 Ry2.28µm
未涂层加工的表面粗糙度 Ry0.78µm
使用刀刃锋利的硬质合金刀具精加工铝合金，其表面粗糙度可达Ry1μm左右。但硬质合金基体与铝合金的亲和性强，刀刃早期易发生粘刀，使工件的表面粗糙度恶化。所以用硬质合金刀具加工铝合金，其耐用度不能长期保持稳定。
我们也曾经作过多方面的探索，如对金刚石涂层刀具加以刃磨或调整金刚石涂层的合成条件，使金刚石晶向保持一致，以保证涂层形状的平滑性。然而，这些方法都有一定的难度，且缺乏复现性、成品涂层性能丧失等，难于付诸实际应用。
为了解决这些问题，OSG公司经过多次研究，发现已能控制金刚石涂层表面的金刚石粒度，并将金刚石涂层表面粗糙度减小到Ry1μm，据观察，涂层表面晶粒有所细化，涂层表面的平滑性优于一般涂层。表面涂覆金刚石涂层的立铣刀光洁度很好，外观完全不同于常规金刚石涂层。
用这种超微晶金刚石涂层立铣刀加工A7075轧制铝合金工件，采用的切削用量为：切削速度V=200m/min，进给量S=0.05mm/齿，切削深度t=0.1×10mm。采用水溶性切削油。加工结果表明，工件表面粗糙度很好，基本等同于未涂层硬质合金立铣刀。
改善了抗粘刀性能
金刚石涂层刀具加工铝合金时，其磨损的扩散很小，可长期保持与初期相同的抗粘刀性和切削性能。
OSG公司进行了干式粗加工硅铝合金(含Si12%)的切削试验。采用的切削用量为：切削速度300m/min，进给量0.15mm/齿，切削深度2.5×8mm。立铣刀直径10mm。用未涂层立铣刀加工的早期，前面大部分开始发生粘刀，导致排屑不畅、切屑堵塞容屑槽，出现严重的粘刀现象。而用微晶金刚石涂层的立铣刀加工时，刀尖上虽残留着被铝摩檫过的白色痕迹，但并未发生任何粘刀现象。
 
其它的金刚石涂层
 
超微晶金刚石涂层
此外，传统的粗晶金刚石涂层用于铝的干切时，铝则擦进晶粒间的凹部，从而引发机械性粘刀，导致工件加工精度降低，表面粗糙度恶化。
新开发的超微晶金刚石涂层的表面粗糙度很小，不到Ry1μm，绝不会发生机械性粘刀。
改善了涂层的韧性
一般的金刚石涂层从母材表面的金刚石晶核生长成柱状金刚石晶体，所产生的裂纹易通过晶界扩展，涂层很容易断裂。而晶粒细化的超微晶金刚石涂层可防止裂纹扩展，提高涂层的韧性。
在使用水溶性切削油条件下进行加工硅铝合金(含Si12%)ADC12的试验试验。切削用量为：切削速度400m/min,进给量0.05mm/齿，切削深度0.1×10mm。在加工同一距离1108m后，刀尖顶端的普通金刚石涂层发生缺损，而超微晶金刚石涂层磨损甚微，刀尖仍保持良好状态。
手机用铜电极
铜合金的加工实例
同样，超微晶金刚石涂层立铣刀在加工铜合金时也具有良好的切削性能。
用未涂层立铣刀和超微晶金刚石涂层立铣刀加工铜合金C1100的耐久比较试验。立铣刀为短颈双刃硬质合金立铣刀，切削用量为：切削速度300m/min，进给量0.01mm/齿，切削深度0.15×6mm，干切。未涂层立铣刀加工56m，外周刃便发生严重磨损，用超微晶金刚石涂层立铣刀加工，虽然加工到406m，其刀尖磨损仍很轻微，仍可继续使用。
用超微晶金刚石涂层硬质合金球头立铣刀加工手机用电火花加工电极。立铣刀为长颈球头立铣刀LN-EBDIR，工件为铜合金C1100，采用的转速为1000r/min，进给速度为1m/min，切削深度为0.01mm，采用乳化水溶性油作为冷却液。由于电火花加工电极的加工面转移到工件，对表面粗糙度有严格的精度要求，因此，不允许立铣刀有丝毫的磨损。而金刚石涂层立铣刀具有很高的耐磨性，用一把刀具即可完成电极的加工。(end)
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(9/27/2004) |
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