2 超微细结晶金刚石涂层铣刀的切削性能

1. 被加工表面粗糙度
   人造金刚石涂层是在基材表面形成晶核(微小的金刚石粒子)、晶核沿柱状成长所构成的金刚石多结晶集合体。金刚石涂层薄膜表面凹凸不平(如图1a所示)，通常表面粗糙度为Ry4～10µm。镀有金刚石薄膜的切削刀具在加工铝合金时，其凹凸不平的表面形状会影响到被加工表面的粗糙度，因此难以获得精加工所期待的光洁表面。未涂层的超硬合金刀具虽然能获得比较光洁的加工表面，但刀具刃部在很短的加工过程中就产生粘刀现象，从而影响工件表面粗糙度并导致刀刃的早期磨损，使之达不到预期的使用寿命。OSG 公司研制开发的超微细结晶金刚石薄膜不仅平坦光滑(见图1b)，并且与普通金刚石涂层铣刀的表面相比，超微细结晶金刚石薄膜涂层铣刀表面具有很好的光泽度。
   
   (a)
   (b)图1
   采用超微细结晶金刚石涂层Ø10mm 双刃铣刀对铝合金材料A7075进行切削试验。切削条件为：线速度200m/min，切削进给速度0.05mm/刃，切削深度0.1*10mm。试验结果显示被加工铝合金工件表面(其表面粗糙度见图2a)与未涂层超硬铣刀加工出的表面(见图2c)具有同等水平的光洁度。
   
   图2
   (a)
   (b)
   图3#p#分页标题#e#
2. 抗粘着性
   金刚石刀具干切削铝合金时具有非常优秀的抗粘着性。金属化合物薄膜(如TiN、TiCN、TiAlN、CrN等)虽然有良好的加工特性，但在切削加工过程中薄膜会很快磨损。薄膜发生磨损后，其表面形状会发生改变甚至露出基材表面，从而引起铝合金的粘着现象。而金刚石涂层刀具在加工铝合金时的磨耗非常微小，长时间使用后仍具有良好的抗粘着性并保持良好的切削加工性能。
   别采用未进行金刚石涂层的超硬合金铣刀和超微细结晶金刚石涂层铣刀对铝合金ADC12(含Si量12%)进行干切削粗加工试验。铣刀直径均为Ø10mm，切削条件为：线速度300m/min，切削进给速度0.15mm/刃，切削深度2.5*8mm。试验后两种铣刀的刃部分别见图3a和图3b。如图3a 所示，未进行金刚石涂层的超硬合金铣刀，在切削加工的初期由于刀尖发生粘着现象，切屑的排出受到很大影响进而引起沟槽内切屑阻塞，粘着现象逐渐严重；而超微细结晶金刚石薄膜涂层铣刀(如图3b所示)仅在刀尖部位有铝合金摩擦过的白色痕迹而未发生粘着现象。
   
   图4
   图5
   在上述切削条件下进行了刀具寿命对比试验，试验结果见图4。未涂层的超硬合金铣刀由于发生了粘着现象，经过很短时间的切削后就不能再使用；而超微细结晶金刚石涂层铣刀在切削长度达到700m 以后仍可继续使用。由此可见，超微细结晶金刚石涂层刀具对于铝合金的干式切削加工具有非常优良的切削性能。
   另外，普通金刚石薄膜的结晶粗大、表面凹凸不平，在干切削铝合金时，涂有这种金刚石薄膜的刀具在晶粒与晶粒间的凹部很容易产生粘着，从而降低被加工材料的加工精度和表面粗糙度(图5所示是发生这种粘着现象的实例)。而超微细结晶金刚石薄膜表面粗糙度在Ry1µm以下，切削试验中观察不到有粘着现象发生。
3. 薄膜韧性
   由于普通金刚石薄膜是在基材表面形成金刚石晶核后，晶核沿柱状成长形成的多结晶集合体，因此在这种柱状晶界间容易形成细微裂纹进而导致薄膜的损坏。而超微细结晶金刚石薄膜的晶粒微小，可有效防止细微裂纹的扩展，从而具有较高的韧性。
   分别采用普通金刚石薄膜涂层铣刀和超微细结晶金刚石薄膜涂层铣刀对铝合金ADC12 进行湿式切削试验，切削条件为：线速度400m/min，切削进给速度0.05mm/刃，切削深度0.1*10mm。在进行了切削长度为1108m 的切削试验后，两种铣刀的刀尖状态见图6：普通金刚石薄膜涂层铣刀尖部发生了崩刃现象(如图6b 所示)；超微细结晶金刚石薄膜铣刀仅有少许的磨损，而刀刃仍保持良好的状态(见图6a)。
   
   (a)
   (b)图6

3 结论