通过CVD金刚石薄膜涂层刀具切削SiC颗粒增强铝基复合材料的试验，研究了切削参数、刀具材料、刀具几何参数和工件材料对CVD金刚石薄膜涂层刀具磨损的影响，以及SiCp/Al复合材料的切削性能。iCp/Al复合材料是一种刚性颗粒增强金属基复合材料。由于其具有比强度和比刚度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨性和耐热性好、重熔性好、价格低廉等优点，非常适合制作耐磨、耐热、高强、轻量化零件(如发动机活塞、车辆制动器等。).因此广泛应用于航空、航天等领域。由于材料中添加了高强度的硬脆SiC陶瓷颗粒，大大提高了基体材料的力学性能，使复合材料具有宏观各向同性。但同时也给切削带来了很大的困难，使得切削SiCp/Al复合材料时刀具磨损率高，加工精度和表面质量难以保证。研究表明，用高速钢和硬质合金刀具加工这类材料效果很差，而用聚晶金刚石刀具和金刚石厚膜刀具加工这类材料效果较好，但刀具成本过高。而CVD金刚石薄膜涂层刀具制造工艺简单，成本低，已广泛应用于高硅铝合金、有色金属材料等耐磨材料的加工。本文将讨论它对切削SiCp/Al复合材料的适应性。
1 引言
CVD金刚石膜涂层刀具是通过化学气相沉积(CVD)在硬质合金和陶瓷等刀具材料基体上沉积极薄(小于50 m)的金刚石膜而制成的刀具。金刚石薄膜材料具有单晶金刚石优异的热力学性质(如极高的硬度、高热导率、低摩擦系数和低膨胀系数等)。)，所以CVD金刚石薄膜涂层刀具还具有较高的耐磨性和良好的韧性，已成为加工有色金属及其合金、非金属硬脆材料、高硅铝和高耐磨材料等难加工材料的首选刀具之一。
2 CVD金刚石薄膜涂层刀具及其特性
测试工具采用广州有色金属研究所研制的CVD金刚石膜工具：基底为YG6；用直流等离子体喷射CVD法镀膜，反应气体为甲烷、氢气和氩气的混合气体；在涂覆之前，进行基底表面处理，例如除钴和脱碳。涂层工艺参数如下：气压5 ~ 20kpa，Ar流量3l/min，H2流量6l/min，CH4流量120SCCM，温度800 ~ 8500，偏压和沉积时间1.5h条件：工件材料和试验工具：试验中使用的工件材料为1 # ~ 4 #不同颗粒和体积百分比的SiCp/Al材料(见表1):试验工具为硬质合金YG6和CVD金刚石膜工具(分别标为CVD-1、CVD-2和CVD-3)表1材料号工件名称粒度体积百分比1 # SiCp/Al14m 10% 2 # SiCp/Al28m 10% 3 # SiCp/Al28m 20% 4 # SiCp/Al40m 20%表2试验刀具及几何参数刀具前角G0 (0)后角A0 (0)主偏角Kr (0)次偏角Kr(0 YG-8 ~-98 ~ 945451.0 CVD-1-8 ~-98 ~ 945451.0测量仪器：工具显微镜；测量参数：刀具后刀面(刀尖处)的磨损值VC。切削参数对刀具磨损影响的结果与分析。使用CVD-1刀具切削4#材料，使用不同切削参数时得到的刀具后刀面磨损值VC与加工时间T的关系曲线如图1所示。Vc=35m/min，ap=0.3mm(a)不同F的vc-t曲线vc=33m/min，f=0.2mm/r(b)不同ap的vc-t曲线ap=0.3mm，f=0.2mm/r(c)不同Vc的vc-t曲线1不同切削从图1a可以看出，随着进给速度F的增加，后刀面磨损值VC明显下降。
这是因为当其它切削参数不变时，进给速度F越大，切削厚度hD越厚，切屑对后刀面的磨削作用越弱。从图1b可以看出，当其他切削参数不变时，随着切削深度ap的增加，VC值增加，但其变化不明显。这是因为当其他切削参数不变时，切削深度ap越大，切削层的截面积越大，切屑对后刀面的磨削作用不严重。从图1c可以看出，当其他切削参数不变时，随着切削速度vc的增加，VC值明显增加，导致刀具磨损严重。原因是切削速度vc越高，相同时间内切削距离越长，后刀面磨损越严重。根据试验结果可以看出，用CVD刀具切削SiCp/Al复合材料时，切削速度vc越高，切削深度ap越大，进给量F越小，刀具后刀面磨损值VC越大。Vc=30m/min，ap=0.1mm，f=0.1mm/r图2不同刀具材料的VC-t曲线vc=32m/min，ap=0.1mm，f=0.1mm/r图3不同前角的VC-t曲线
P align=center>vc=30m/min，ap=0.1mm，f=0.1mm/r图4 加工SiCp含量与粒度不同的材料时的VC-t曲线刀具材料对刀具磨损的影响 分别采用YG6和CVD-1刀具对3#材料进行切削加工，所得的刀具后刀面磨损值VC与加工时间t的关系曲线如图2所示。 由图2可以看出，YG6的后刀面磨损VC值是金刚石薄膜涂层刀具CVD-1的VC值的1.5～2.0倍。这是由于SiCp/Al复合材料中硬质相SiCp的硬度高于硬质合金，因此使YG6刀具遭受严重的磨料磨损；而金刚石薄膜刀具CVD-1具有极高的硬度、高耐磨性、低摩擦系数和高热导率，故在加工SiCp/Al复合材料时，其磨损量大大小于YG6刀具的磨损量。 刀具前角对刀具磨损的影响 分别采用正前角、负前角及零度前角的CVD-1～3刀具加工2#材料，得到的后刀面磨损VC值与加工时间t的关系曲线如图3所示。 由图3可见，刀具前角对CVD刀具的磨损有重要影响。在试验中发现，采用-8°～-9°前角的CVD刀具抗磨损能力明显优于0°前角和+8°～+9°前角的CVD刀具，其原因在于：在采用-8°～-9°前角时，虽然切削时产生较大的切削力且引起排屑不畅，但刀刃和刀尖耐冲击性较好；而在0°前角和+8°～+9°前角的情况下，由于刀具刀尖楔角较小，切削刃更易崩碎，从而使后刀面磨损加剧。 工件材料对刀具磨损的影响 采用CVD-1刀具分别对SiCp含量与粒度不同的1#～3#材料进行切削加工，所得刀具后刀面磨损VC值与加工时间t的关系曲线如图4所示。 由图4可以看出，复合材料中SiCp的含量与粒度对刀具磨损的影响最大，这与其它一些文献的结论是一致的。复合材料中SiCp含量越高(或粒度越粗)，不仅对普通刀具，同时对CVD金刚石薄膜涂层刀具后刀面的研磨和擦伤作用也越强。4 结论
- 用CVD金刚石薄膜涂层刀具加工SiCp/Al复合材料时，切削参数的选择与刀具后刀面的磨损程度有密切关系。切削速度vc越高，切深ap越大，进给量f越小，则刀具后刀面的磨损值就越大。这一点与CVD刀具加工传统材料时的规律一致。 用CVD金刚石薄膜涂层刀具加工SiCp/Al复合材料时，工件材料中SiCp含量越高，颗粒粒度越粗，工件材料的切削性能就越差，对刀具的磨损就越大。 用CVD金刚石薄膜涂层刀具加工SiCp/Al复合材料，当采用适当大小的负前角(-8°～-11°)时，刀具的耐磨性好于采用零度前角和正前角的刀具。
