黑金属金刚石超精密车削技术
应用与研究
1 相关背景概述
金刚石超精密切削主要加工：铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有金属和非金属材料。
⏹ 金刚石车削黑金属时，切削温度高，切削力大，车刀磨损速度过快，不能保证被加工零件的加工表面质量和加工精度，使得加工成本过高。 ⏹ 天然金刚石刀具切削黑金属时，刀具磨损主要原因： ⏹ 金刚石对铁的稳定性较差，高温时，极易与铁发生化学反应，对金刚石表面产生热腐蚀。
⏹ 高温时，金刚石被空气氧化，碳原子极易向铁中扩散，使金刚石刀刃强度削弱。
⏹ 高温时，铁的催化作用使金刚石立方晶体极易向六方层状结构转化，发生碳化。
⏹ 传统黑金属的磨削、研磨和抛光等超精密加工
⏹ 立方氮化硼（CBN）、精密陶瓷等传统刀具，受其机械物理性能制约，无法加工出精密零件。金刚石刀具可以磨出尖锐的刃口，切削极薄的切屑，可以加工出表面质量及加工精度极高的表面。
⏹ 非球面、非对称金属零件和军用光学器件等形状复杂、精度要求高的钢及其合金零件迫切需要单点金刚石超精密车削；
2 基本原理
⏹ 2.1机械磨损机理
⏹ 机械摩擦磨损
原因：碳化物硬质颗粒，积屑瘤，切屑
后果：极小一部分，不是主要原因
⏹ 疲劳磨损
原因：刃磨、抛光后的表面及亚表面损伤，金刚石颗粒内部组织结构缺陷，刀具加工后的残留内应力和自身脆性大，取决于金刚石刀具加工工艺。
⏹ 2.2化学磨损机理
⏹ 石墨化
现象：
金刚石刀具与工件接触面积小，摩擦界面温度很高，使金刚石发生组织结构转变为石墨，导致硬度下降，受热磨损
原因：
四神茶 温度：高于1000K，
催化：铁原子
机理：碳原子从金刚石正四面体结构中被铁原子拖曳出来，渗入到钢铁材料中，金刚石原有结构生成稳定的石墨片层状结构
⏹ 粘滞磨损
现象：金刚石刀具摩擦表面上的少量材料粘附在工件表面上而被带走。
原因：金刚石刀具中的碳原子和钢铁材料中的铁原子具有很强的化学亲合力，碳原子渗入工件材料，造成强烈的粘滞现象。
粘滞磨损和石墨化磨损是金刚石刀具磨损的主导。
⏹ 物理化学磨损
主要形式：碳原子扩散和碳化氧化
原因：
高温作用下，金刚石刀具晶粒发生分解，部分碳原子向钢铁材料扩散，脆性增大，硬度下降，加剧磨损；
铁元素催化作用下，920K左右金刚石碳化；
氧气和铁元素作用下，1100K金刚石氧化；
⏹ 2.3降低刀具磨损的方法主要有三种：
1、车削加工工艺改进
2、车刀材料改进
3、被加工材料改进
⏹ 2.1 复印机的危害车削加工工艺改进
低温冷却车削
利用低温流体（液氮或二氧化碳）作冷却液，以冷却工件和刀具相接触的切削区，从而达到降低切削温度的目的。
⏹ 超声振动车削
⏹ 在切削过程中给刀具或工件施加某种有规律的、可控的振动，从而减小切削力，降低切削温度，提高工件表面质量和精度，提高刀具使用寿命。
⏹ 2.2车刀材料改进
男男阿米什人金刚石刀具沉积硬质材料涂层
利用反应磁控溅射沉积等工艺在金刚石刀具表面沉积TiN、TiAlN、或AlN等减磨保护涂层。
金刚石涂层刀具微切削加工纯铁磨损可减少50%，但要满足经济性要求，刀具磨损还得再减少2~3个数量级。
戴尚安⏹ 2.3 被加工材料改进
离子渗氮工艺
股指期货仿真交易
该方法在0.1~10Torr的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极，在阴阳极间加上数百伏的直流电压，利用辉光放电进行氮离子渗入。
3 发展现状
⏹ 发展现状——加工水平
⏹ 美国Casstevens教授在碳饱和条件下，以甲烷为保护气体，降低了金刚石刀具的磨损程度，取得了一定效果。
⏹ 美国C.Evans等人利用液氮及低温夹头系统冷却金刚石刀具，在-140摄氏度左右切削不锈钢，避免石墨化反应温度，效果有限。
⏹ 日本Moriwaki和Shamoto等人发明超声振动和椭圆振动方法切削粹硬钢，降低磨损效果很好，能提高两个数量级，但刀具后刀面扩散磨损较严重，表面粗糙度难获得光学级表面。
⏹ 德国不莱梅大学E.Brinksmeier等人采用超低温、保护气体和超声振动相结合方法与单独的超声振动切削比较，效果改善不明显。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议