金刚石薄膜涂层刀具的破损机理研究

切削过程中金刚石薄膜从基体表面的破损剥落是金刚石薄膜涂层刀具的一种主要损坏形式。本文通过实验研究了金刚石薄膜涂层刀具的破损机理及刀具表面状态、切削用量对其损坏形式的影响。研究结果表明,较大的切削用量、机械冲击、交变切削载荷及积屑瘤频繁脱落等是导致金刚石薄膜涂层刀具破损剥落的主要原因。金刚石薄膜的破损剥落起始于薄膜与基体之间及薄膜底面金刚石晶粒之间的原始微小间隙缺陷,这些原始微小间隙缺陷是在沉积金刚石薄膜时,由于成核密度较低等原因而形成的。金刚石薄膜剥落时薄膜的断裂主要沿晶界发生。

CVD金刚石薄膜涂层整体式刀具的制备与应用

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)金刚石薄膜具有硬度高、摩擦系数低、耐磨性强以及表面化学性能稳定等优异的机械及摩擦学性能,这使其在硬质合金工模具领域具有广阔的应用前景。本文采用热丝化学气相沉积法(hot filament chemical vapor deposition,HFCVD),在具有复杂形状的硬质合金整体式铣刀表面沉积了一层均匀、光滑的金刚石薄膜,并采用石墨以及碳化硅铝基增强复合材料作为工件材料对比考察了金刚石薄膜涂层铣刀和未涂层硬质合金铣刀的切削性能。铣削实验结果显示,在硬质合金整体式铣刀表面沉积一层CVD金刚石薄膜能够大幅提高铣刀的耐磨性,从而提高硬质铣刀的寿命。

加工氧化锆陶瓷的金刚石涂层刀具的制备及切削试验研究

使用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金片以及球头铣刀表面沉积了微米金刚石薄膜(MCD),纳米金刚石薄膜(NCD)以及微米纳米复合金刚石薄膜(MNCD),通过扫描电子显微镜和拉曼光谱对其进行表征,结果呈现出典型的金刚石薄膜的性质,沉积质量高。金刚石薄膜与氧化锆陶瓷的摩擦磨损实验表明:金刚石薄膜能有效地降低对磨时的摩擦系数以及磨损率。使用三种金刚石薄膜涂层铣刀对氧化锆陶瓷进行铣削加工试验,结果显示:金刚石涂层刀具磨损率大幅度降低,刀具寿命显著增强。

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min,工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_(f)在1000~7000 mm/min范围内,随着v_(f)提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_(f)为7000 mm/min时,其值达1.790μm;当轴向切削深度a_(p)在0.1~0.4 mm范围内,随着a_(p)提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_(p)在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_(f),其次为n,a_(p)的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_(p)=0.2 mm、v_(f)=1000 mm/min、n=8000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。

铣削玻璃纤维-碳纤维芳纶纸蜂窝板的刀具磨损研究

以铣削玻璃纤维-碳纤维芳纶纸蜂窝板单因素试验条件为基础,研究切削参数对刀具磨损及加工质量的影响,分析菱齿化学气相沉淀(Chemical Vapor Deposition,CVD)金刚石薄膜涂层刀具(简称涂层刀具)的磨损机理,求出其后刀面磨损量的数学模型。结果表明:在其他切削参数不变的条件下,随着主轴转速n、铣削宽度ae的增大,或工件进给速度vf的减小,刀具后刀面磨损量VB均相应增大,且对玻璃纤维的加工质量影响显著;相比于硬质合金刀具,涂层刀具后刀面磨损量小,加工质量好,其磨损形式以磨粒磨损和涂层脱落为主。最后,对试验数据进行回归分析,得到涂层刀具后刀面磨损量的数学模型。

铣削玻璃纤维/碳纤维芳纶纸蜂窝板实验研究

以玻璃纤维/碳纤维芳纶纸蜂窝板铣削试验为基础,研究了3种不同刀具和不同铣削宽度对刀具磨损和工件加工质量的影响。结果表明:随着铣削宽度的增加,刀具磨损都随之增加。其中,硬质合金铣刀磨损最严重,磨损量远大于金刚石涂层刀具。在切削参数相同的条件下,硬质合金铣刀的切削效果最差,而人字形和菱齿CVD金刚石薄膜涂层铣刀的切削效果明显改善,前者玻璃纤维的切削效果最好,后者碳纤维的切削效果最佳。