新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具研究现状

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)金刚石涂层刀具具有高硬度、优异的耐磨性、良好的冲击韧性和化学稳定性,能满足高效率、高精度的加工要求,逐渐成为切削铝和高硅铝合金、碳纤维增强复合材料及石墨等轻质量高强度难加工材料的主流涂层刀具。基于WC-Co硬质合金为基体的CVD金刚石涂层刀具在切削加工过程中容易发生CVD金刚石涂层的剥落,自主研发结合性能优良、长时间加工稳定的WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具仍是该领域国内外发展的必然趋势。目前,研究者为了提高WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的结合性能,采用化学刻蚀法和机械处理法相结合去除WC-Co硬质合金基体表层中的Co粘结相,发现其能增强涂层与基体的结合强度,但基体表层Co粘结相含量的减少容易导致基体中形成脆化层,降低基体的强度和韧性。为了减少基体的强度和韧性损失,研究者在WC-Co硬质合金基体和金刚石涂层之间制备稳定的含Co中间化合物或沉积中间层,成功阻挡Co粘结相的热扩散。除了上述方法外,研究者还通过调控金刚石涂层工艺参数和结构,将微米晶与纳米晶金刚石层叠相结合,来提高金刚石涂层刀具的摩擦学性能和涂层与基体间结合强度。本文综述了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的应用进展,明确了WC-Co硬质合金与CVD金刚石涂层间附着失效是刀具切削加工中最主要的失效形式,详细分析了影响附着失效的主要原因。在此基础上,着重介绍了各种优化工艺对增强涂层刀具性能影响的最新研究进展;指出了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的性能受化学刻蚀、机械刻蚀、形成含钴化合物层、沉积中间层等基体前处理以及金刚石涂层工艺参数和结构的影响较大,对于不同牌号或不同厂家生产的同种牌号的WC-Co硬质合金基材,需要进行不同的表面前处理,而针对不同的切削加工材料,需要采用合适的金刚石涂层沉积工艺和结构以提高涂层与基材之间的结合强度,进而提高刀具的性能;最后提出了研制一种普适性强的基体前处理、涂层工艺和结构创新策略,以实现不同应用场景下WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的高效长寿命切削,可能是未来的研究方向。

碳纤维复合材料专用CVD金刚石涂层刀具的制备及试验研究

碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)是以石墨纤维或碳纤维为增强材料的复合材料,具有耐磨性好、耐高温、强度高、密度小、比刚度高和低温性能好等优点,但在钻削过程中易使普通的硬质合金刀具磨损。而金刚石涂层刀具在钻削较硬金属材料和非金属材料时,具有良好的切削加工性。通过CVD金刚石刀具与普通的硬质合金刀具对碳纤维复合材料的钻削试验对比以及两种刀具的磨损研究可以得出,CVD金刚石涂层刀具的钻削性能明显好于普通的硬质合金刀具。

CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究

为了揭示CVD金刚石薄膜涂层刀具在硬脆材料切削中的刀具切削性能与磨损机理,利用不同沉积参数下的金刚石涂层刀具对天然石材进行了高效铣削实验。针对金刚石涂层刀具和未涂层硬质合金刀具的磨损周期和切削性能,分析刀具切削力和工件表面粗糙度随后刀面磨损面积的变化规律,总结刀具磨损机理。实验结果表明:金刚石涂层刀具切削寿命高于未涂层硬质合金刀具;金刚石刀具的磨损周期可以分为初始磨损区、稳定磨损区和加剧磨损区3个阶段,其中甲烷浓度为1%的金刚石涂层刀具寿命较长,切削性能稳定;金刚石涂层刀具的磨损机理主要包括裂纹作用下的涂层剥落、涂层内部晶间断裂和粘结磨损,其中裂纹作用下的膜-基涂层剥落磨损为刀具失效的主要磨损机制。

CVD金刚石涂层刀具在石墨加工中的应用

CVD金刚石涂层是一种新型材料,相比于硬质合金具有更高的切削性能,适用于有色金属和非金属材料的切削加工。本文利用CVD金刚石涂层刀具和硬质合金刀具对石墨进行切削试验,将两种刀具寿命作比较,结果表明:CVD涂层刀具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨和高导热的优异性能,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度。

CVD金刚石涂层刀具高效铣削天然理石的切削特性实验研究

为研究天然理石切削过程中刀具切削力与切削质量变化特性,利用CVD金刚石薄膜涂层刀具和未涂层硬质合金刀具进行高效铣削实验。基于刀具-工件几何接触关系,推导铣削力数学模型,分析不同类型刀具切削力、工件表面粗糙度随切削参数和切削时间变化特性。研究表明:金刚石涂层刀具切削力明显小于未涂层硬质合金刀具,2种类型刀具的切削力随切削参数的变化特征基本相同;随着切削时间的增加,刀具切削力变化分为4个阶段:初始磨合阶段、稳定阶段、过渡阶段和刀具磨损加剧阶段。金刚石涂层刀具切削磨合期和稳定期持续时间为未涂层刀具的3.5倍,切削力和工件表面粗糙度变化比较平稳;未涂层刀具切削平稳期持续时间很短,切削力增长趋势明显,且在切削力增长后期工件表面粗糙度达到2.5μm。

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。

新型CVD金刚石涂层刀具的应用效果

本文报道了用新型CVD金刚石涂层刀具切削含12％Si共晶铝合金活塞外圆,达1万余件。切削含22—24％Si过共晶铝合金活塞外圆700余件。加工含20vol％SiC颗粒增强的铝基复合材料缸套3件以上。刀无磨损,效果显著,寿命为硬质合金刀具的5倍左右。

基于CVD金刚石涂层刀具的CFRP高速铣削切削力的试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种典型的难加工材料,文章利用化学气相沉积(CVD)金刚石涂层刀具以及Kistler 9129AA型测力仪,基于单因素实验法,探索了切削参数对CFRP加工过程中切削力、工件表面质量、刀具磨损的影响。实验结果显示:提高主轴转速可有效降低CFRP加工时的切削力,但随着切削深度和进给量的增加,切削力仍显著增加;CVD金刚石涂层刀具在切削42 m后,涂层出现剥落,主要原因是刀具表面与切屑产生磨粒磨损,并且刀具硬质合金基体与涂层热膨胀系数不同,在刀具温度升高的情况下使涂层出现裂纹,加快了涂层的剥落;如果想获得较好的表面质量和更少的加工缺陷,应该选用顺铣、大转速、小进给量及小切削深度。

提高CVD金刚石涂层刀具附着力的应用研究

介绍了影响CVD金刚石涂层刀具附着力的因素,并重点对提高其附着力的工艺措施进行了较深入的研究,对解决刀具基体与金刚石薄膜之间的附着力过小问题有一定的指导意义。

CVD金刚石涂层刀具切削性能的试验研究

金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性和高导热性能。文中通过用金刚石薄膜涂层刀具对含硅量不同的硅铝合金进行干切削试验,探讨其切削性能。

CVD金刚石涂层刀具在3D玻璃、陶瓷及高端材料应用领域大放光彩

金刚石涂层厚度的选择问题,并不是＂越厚越好＂,耐磨性能的提高,金刚石涂层的品质作用要大于厚度的作用。随着3D玻璃市场全面爆发,石墨材料在3D玻璃热弯模具应用上的优良性能已经得到了业界的一致认可,而由于石墨材料的高磨蚀性、强韧性,因此对石墨模具的加工环境要求非常严格,为保证石墨模具拥有良好的精度,光洁度,稳定性,除了需要安静的环境,机身本身吸尘能力外,石墨加工刀具也成为加工环节的重中之重，选用适合于高速加工的刀具，需要从提高耐用度、可靠性和安全性的角度，对刀具基体与涂层材料和刀具与工件材料匹配等方面进行综合考虑。

金刚石涂层刀具高速铣铝合金平面切削毛刺研究

采用热丝CVD法制备纳米与微米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电镜表征其薄膜表面形貌。用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速顺、逆端铣铝合金平面,研究CVD金刚石涂层刀具切削时的棱边毛刺特点与大小;并对纳米金刚石涂层刀具高速顺铣切削工艺参数进行正交试验,探究取得少无切削毛刺的切削参数与切削工艺。结果表明:工件铣削后棱边毛刺分布不均匀,顺铣毛刺稀疏,尺寸较小,其中纳米金刚石涂层刀具顺铣棱边毛刺高度平均值为32.08μm,仅为微米金刚石涂层刀具顺铣毛刺高度的46.5%。纳米金刚石涂层刀具高速顺铣平面,对棱边毛刺影响最大的是v_(c),其次为v_(f),ae的影响最小,最优参数组合为a_(e)=4 mm、v_(f)=2000 mm/min、v_(c)=400 m/min,铣削后毛刺高度平均值为21.29μm。当金刚石涂层刀具端铣铝合金平面时,为取得较小的棱边毛刺,优选纳米金刚石涂层刀具,采用顺铣棱边的切削方式与切削工艺,以及相应的高速切削参数。

用于碳纤维复合材料钻削的金刚石涂层刀具制备及结构优化

本文针对传统硬质合金涂层刀具钻削碳纤维复合材料(CFRP)使用寿命短、加工后工件易产生毛边等缺陷、孔加工粗糙度波动大的问题,制备并对比了不同涂层结构和不同刃口结构的金刚石涂层刀具的加工性能。结果表明,利用金刚石涂层刀具进行CFRP材料的钻削加工时,微晶金刚石(MCD)/纳米金刚石(NCD)复合结构比单一MCD涂层结构的耐磨性更好,使用寿命更长;通过减小钻头倒锥、钻尖角,增大槽前角、钻尖容屑槽前角和背宽优化刃口结构后,金刚石涂层刀具加工孔径粗糙度平均值显著降低,粗糙度极差由4.105µm下降至0.848µm。

CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具研究进展

介绍了模具石墨的性能特点和切削加工机理,指出了复杂结构电火花石墨模具铣削加工中的困难,提出了CVD金刚石涂层刀具的解决方案。在此基础上介绍了国内外CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的工艺特点以及加工中CVD金刚石涂层刀具的磨损机制和破损失效形式,并列举了CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的应用,指出CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工可解决石墨模具难以加工这一难题,若能进一步解决CVD金刚石涂层刀具的膜-基结合力和表面粗糙度问题,预期CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具可得以广泛推广应用。

CVD金刚石涂层前预处理对硬质合金基体强度的影响

CVD金刚石涂层硬质合金刀具是有色金属及合金、石墨、陶瓷和碳纤维增强塑料(CFRP)等复合材料机械加工的理想刀具。但金刚石涂层前对WC-Co硬质合金基体的预处理过程在消除表面Co改善涂层附着力的同时也降低了基体强度。通过正交试验并采用SEM和EDS分析试样表面形貌和Co含量,采用XRD分析试样表层的相组成,研究了预处理对两种WC晶粒度的WC-6Co硬质合金基体强度的影响机制。结果表明:酸、碱预处理均显著降低基体强度,热处理则可消除酸碱处理对强度的不利影响。预处理对不同WC晶粒度的硬质合金基体强度的影响明显不同。粗晶硬质合金预处理后抗弯强度降低幅度更大,其抗弯强度的Weibull模数减小也更显著。相对而言,粗晶硬质合金的抗弯强度对酸腐蚀时间tC更敏感,而细晶硬质合金则受碱腐蚀时间tM的影响更大。因此,金刚石涂层前,应根据不同硬质合金基体的成分和微观结构匹配合适的预处理制度。

高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的制备和试验研究

采用电子增强热丝EACVD法,以WC-Co硬质合金刀具为衬底制备金刚石涂层刀具,研究了提高涂层附着力的衬底预处理新方法,探讨了抑制Co催石墨化作用的有效措施,提出了改善金刚石薄膜表面粗糙度CVD后处理新工艺。研究结果表明,采用了Ar-H_2微波等离子体刻蚀脱碳预处理方法对于提高金刚石薄膜涂层的附着力有明显效果,添加适量粘结促进剂,可有效地抑制CVD沉积过程中钴向表层扩散引起的催石墨化作用。采用分步沉积新工艺是减小金刚石薄膜表面粗糙度的有效方法。所制备的高附着力和低粗糙度的金刚石薄膜涂层刀具切削性能明显改善,对实现高效高精度切削加工具有十分重要的意义。

CVD 金刚石涂层刀具附着力的研究

以压痕法涂层破碎时的负荷来评估附着力，采用稀盐酸对衬底进行表面处理，在ＣＶＤ沉积过程中添加适量粘结促进剂以压抑金属钴的催化墨化作用，沉积合适的厚度，可在硬质合金衬底上得到高附着力的金刚石涂层刀具．用该刀具对含碳化硅颗粒的铝基复合材料进行切削试验，得到了满意的结果．

CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的CVD金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金，观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件加工表面粗糙度，分析CVD金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的改进提供了理论依据。