高速切削刀具磨损寿命的研究4

  金刚石材料可分为天然金刚石和人造金刚石。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。近年来开发的多种采用化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术使天然金刚石刀具的制造变得相对容易，从而使天然金刚石刀具在超精密镜面切削领域得到广泛应用。20世纪50年代实现了利用高温高压技术人工合成金刚石粉后，70年代制造出了金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石（PCD）刀具。PCD晶粒呈无序排列状态，不具方向性，因而硬度均匀。PCD刀具具有高硬度（8000～12000HV）、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数，刀刃非常锋利，可高速切削加工各种有色金属和耐磨性极强的高性能非金属材料，如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。目前正在研究和开发的化学气相沉积（CVD）金刚石主要有两种形式：一种是在基体上沉积厚度小于30μm的薄层膜（CVD薄膜）；另一种是沉积厚度达1mm的无衬底金刚石厚层膜（CVD厚膜）。
     
    三种主要的金刚石刀具材料———PCD、CVD厚膜和人工合成单晶金刚石的性能比较结果为：PCD的焊接性、机械磨削性和断裂韧性最高，抗磨损性和刃口质量居中，抗腐蚀性最差；CVD厚膜的抗腐蚀性最好，机械磨削性、刃口质量、断裂韧性和抗磨损性居中，可焊接性最差；人工合成单晶金刚石的刃口质量、抗磨损性和抗腐蚀性最好，焊接性、机械磨削性和断裂韧性最差。目前，金刚石刀具是高速切削（2500～5000m/ min）铝合金较理想的刀具材料，但在高速切削钢铁及其合金时却磨损较快，其磨损机理主要是由于碳与铁具有较大亲和作用，尤其在高温下金刚石易与铁发生化学反应，因此它不适于切削钢铁及其合金材料。
    
    （4）金属陶瓷刀具
    
    金属陶瓷（即TiC（N）基硬质合金）的主要成分为 TiC（碳化钛）、TiN（氮化钛）和TiCN（碳氮化钛）等。TiC（N）基硬质合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni（或Mo）合金、具有高韧性的 TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN为主体的强韧合金和TiCN+NbC 高强韧合金等。与WC硬质合金相比，金属陶瓷的硬度、强度、韧性、抗塑性变形和抗崩刃性能等均有显著改善，尤其是高温强度、高温硬度、导热性、抗氧化性和抗热震性能得到提高，与钢的亲和力小，摩擦系数小，抗月牙洼磨损和抗粘结能力强，现已发展成为独立系列的一类刀具材料。近年来开发的高氮含量、具有均匀微细硬质组织的TiC（N）基硬质合金具有良好的抗磨损性能和抗崩刃性，适于在200～400m/min的高速下切削普通钢和合金钢，也可用于铸铁的精加工。由于TiC 的抗粘结、抗扩散性能较好，所以耐磨性好，但抗塑性变形能力较差，在对高硬材料进行高速切削时常因刀刃的塑性变形而导致刀刃损坏。
    
    （5）涂层刀具
     
    涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能，因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。