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CVD金刚石膜刀具使用远景宽广

来源:http://www.kumeiti.cn 编辑:利来w66 时间:2018/04/01

  


化学气相堆积(CVD)金刚石作为一种新式超硬刀具资料,为金刚石刀具的使用拓荒了新的途径。CVD金刚石刀具首要有两种类型:CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜焊接刀具。现在来说,CVD金刚石厚膜刀具的使用比较广泛。
一、CVD金刚石薄膜涂层刀具
CVD金刚石薄膜涂层刀具是指经过CVD办法在必定温度下使金刚石堆积于某些基体(一般为K类硬质合金)刀片上的刀具,其金刚石膜厚度约为10~30µm。
CVD金刚石薄膜涂层刀具因金刚石厚度较薄,难于刃磨,前、后刀面及刃口质量较差,只适用于粗加工、半精加工和杂乱形状刀具。粗加工的切削较大,当金刚石与基体间的附着力不足以抵抗切削力的损坏时,金刚石膜就会掉落。这种刀具加工出的工件外表粗糙度一般大于Ra0.2µm。
虽然现在国内CVD薄膜涂层刀具的使用尚处于萌发状况,但随着CVD金刚石成长技能的进步,CVD金刚石基团颗粒的巨细现已由40~50µm缩小到十几乃至几个纳米,然后呈现了纳米金刚石。如美国阿贡国家试验室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M现已成长出质量杰出、外表为镜面(外表最高峰与最低峰距离为15nm)、恣意厚度的纳米金刚石膜,并且其涂层的附着力满意。信任其对涂层刀具的使用有所促进。
二、CVD金刚石厚膜焊接刀具
CVD金刚石厚膜焊接刀具是先把切开好的CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(一般为K类硬质合金)上,构成复合片,然后抛光复合片,二次焊接至刀体上,刃磨成需求的形状和刃口。
制作工艺流程:高品质的CVD金刚石膜的制备→激光切开→一次焊接成复合片→复合片抛光→二次焊接至刀体上→刃磨→查验。下面介绍几个要害工序,如切开,焊接,抛光和刃磨等。
激光切开
CVD金刚石膜硬度高、不导电(现已有导电型CVD金刚石,但其电阻率很大)、耐磨性极强,惯例的机械加工和线切开等办法不合适于CVD金刚石厚膜的切开。高效的加工办法是激光切开。
一次焊接
一次焊接是指在真空条件下将CVD金刚石厚膜焊接至某些基体上,构成复合片。金刚石与一般金属间的可焊接性极差。现在,金刚石厚膜刀具的焊接工艺首要选用外表金属化的办法。焊料为含钛的银铜合金,钛的作用是在焊接加热过程中与金刚石膜外表反应,发生TiC中间层,使金刚石膜外表金属化,然后进步焊接强度。
焊接用基体一般为K类硬质合金。在高真空条件下,选用分散焊加钎焊的工艺,Ag—Cu—Ti合金作中间层,将金刚石厚膜焊接在硬质合金基体上,焊接强度满意切削加工要求。
复合片抛光
抛光的意图是把刀片上外表(即前刀面)抛光成镜面,一般要求到达Ra0.1µm以下。刀具前刀面抛光后能够削减与切屑的冲突与粘结,延伸刀具寿数;一起还能够改善刀刃的平整度与尖利性,进步切削加工的精度。复合片的抛光用专门的抛光机。
二次焊接
二次焊接是指将复合片焊接至刀体上。所用设备多为高频感应焊接设备,所用焊料为银铜焊料和钎剂。焊接温度为650~700℃之间。温度不行过高,焊接过程中应坚持各焊接面洁净。合理选用钎剂有利于进步焊接强度和改善复合片基体与刀体资料的焊接功用。一般来说二次焊接的强度为180~200MPa,可满意金刚石刀具切削加工的要求。
别的,为了改善刀具的外观,能够用油石条磨掉剩余的银铜,用喷砂法去除外表氧化层,用外表镀Ni法或用钝化液浸泡避免刀体的氧化生锈。
刃磨CVD金刚石有很高的硬度和耐磨性,刃磨极为困难。现在遍及选用相似PCD刀具的刃磨办法。
设备:选用专门的东西磨床,设备厂家有英国COBORN公司、台湾KARMAM公司、刀具使用远景宽广瑞士EWAG公司和北京迪安公司等。其首要功用包含:直刃磨削和圆弧磨削,圆弧磨削又包含圆锥后刀面和圆柱形后刀面的构成以及圆锥与圆柱后刀面的组合等。为了完成这些功用,要求机床的首要运动包含:机床主轴(砂轮)的旋转运动;主轴的往复直线运动;刀架的反转运动,合作显微镜或投影仪准确对准反转中心,得到不同的刀尖圆弧半径等。
砂轮:刃磨所用砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮,刃磨工艺分为粗磨、半精磨和精磨等。砂轮粒度规模为250~325至W10~07。为了进步刃口质量,有时还需研磨、抛光等工艺,所用粒度更细,乃至为1~3µm。为了得到高质量的刃口,一般选用嵌砂的铸铁盘进行研磨。
刃磨:刃磨过程中,需加冷却液,并应留意砂轮的修整,一般用合适的油石条正确地修整砂轮能够进步刃磨功率和改善刃磨质量。因为CVD金刚石的抗冲击功用不如PCD金刚石,因而有些特殊要求的刀具刃磨后的刃口应倒钝,一般为0.02~0.03mm。
查验
刀具刃口质量状况的查验一般用扩大倍数为40~80倍的东西显微镜来调查。一般刀具的刃口锯齿度≤0.02mm。关于精度更高的刀具,经过研磨抛光后,刃口锯齿度≤0.005mm。别的,加工不同的工件资料,对刀具刃口质量的要求也有差异,刃磨CVD金刚石刀具应从实践使用状况动身,一味地寻求高质量的刃口,这样既下降出产功率,又添加出产成本。
三、CVD金刚石膜刀具加工复合资料的切削试验
加工金属基SiC颗粒加强复合资料(SiCp/LY12)
CVD厚膜金刚石焊接刀具接连切削SiCp/LY12复合资料(HV>3000,SiCp所占分量比30%,粒度28µm)。刀具磨损曲线如图1所示。

v=75m/min,f=0.1mm/r,ap=0.3mm
图1 不同资料刀具加工SiCp/LY12复合资料的VB-t曲线(干切)
刀具几许参数:
YS8:g0=0°,a0=12°,kr=90°,re=1.0mm,ls=0°
PCBN:g0=0°,a0=12°,kr=90°,re=0.1mm,ls=0°
PCD:g0=-4°,a0=9°,re=5.0mm
CVD厚膜:g0=3°,a0=13°,kr=75°,re=0.6mm。
从图1能够看出,CVD金刚石膜TFD(CVD金刚石厚膜)刀具在加工38min时的后刀面磨损VB值约为0.05mm,PCD刀具约为0.16mm,厚膜刀具的耐磨性显着高于PCD刀具。其原因是金刚石厚膜是由纯金刚石晶粒组成的聚晶资料,而PCD金刚石是由金属Co、Ni作为粘接剂将金刚石烧结在一起的聚晶资料,金属Co使PCD刀具的耐磨功用有所下降。PCBN刀具的磨损比PCD和CVD厚膜刀具快得多,而细晶粒硬质合金YS8刀具则底子不能担任。在出产中,应优选CVD厚膜或PCD刀具。
加工树脂基玻璃纤维加强复合资料(GFRP)
图2所示为PCBN、CVD金刚石薄膜和厚膜加工GFRP时的耐磨性曲线。

v=80m/min,f=0.1mm/r,ap=0.3mm
图2 不同资料刀具加工GFRP复合资料的VB-t曲线(干切)
刀具几许参数:
PCBN:g0=0°,a0=8°,kr=45°,re=0.5mm,ls=0°
CVD薄膜:g0=-10°,a0=8°,re=4.0mm
CVD厚膜:g0=-8°,a0=8°,kr=45°,re=0.5mm,ls=0°
从图2能够看出,CVD厚膜刀具的耐磨性最好,CVD薄膜刀具次之,PCBN刀具更次之。GFRP的首要成分是SiO2(85HRA),加工时冲突力较大,又是干切,故加工时温度较高,能导致刀具切削刃和后刀面的较快磨损。GFRP资料比SiCp/LY12的加工难度小,刀具寿数较长,试验用的三种刀具均可在出产中使用。
总归,无论是CVD金刚石薄膜涂层刀具,仍是CVD金刚石厚膜焊接刀具,如果能充分利用其优秀的功用,取其之长,避彼之短,其使用远景是很好的。一起,一方面应持续进步CVD金刚石膜的成长技能,使其功用愈加优秀;另一方面,应改善CVD金刚石刀具的制作技能,使其更广泛地使用于各个领域。