对比分析了金刚石厚膜和聚晶金刚石复合片的微观结构，并用优化后的金刚石厚膜和聚晶金刚石立铣刀进行了切削试验。实践证明，金刚石厚膜端铣刀可以实现“以铣代磨”的超精密镜面加工。

1 引言

金刚石工具的高硬度等优良性能，使其非常适合加工硅合金、铝合金、铜合金等有色金属材料，以及纤维增强复合材料、酚醛树脂、石墨等非金属材料。天然金刚石材料粒度小、价格高、加工困难，限制了其推广应用。聚晶金刚石(PCD)刀具在半精加工和精加工中发挥着重要作用，但由于其刀片形状单一、无断屑器以及几何参数的限制，其优异的性能难以得到充分发挥。金刚石厚膜刀具是在硬质合金刀片上焊接沉积金刚石厚膜制成的新型刀具，具有优异的加工性能和较高的性价比。我国金刚石厚膜端铣刀的研究、开发和应用尚处于起步阶段。本文对金刚石厚膜端铣刀的微观结构、设计、制备及其在超精加工中的应用进行了实验研究。

2 金刚石厚膜的显微组织分析

为了研究厚层金刚石刀具的切削性能，利用JSOM35C扫描电镜对国产厚层金刚石刀具和进口PCD复合片的显微结构进行了测试和分析。两种材料的微观结构图像分别如图1和图2所示。图1 PCD复合片的微观结构图2金刚石厚膜的微观结构从图1中可以看出，PCD复合片的微观结构为颗粒状多晶体，有许多空隙和许多针状石墨体；由于在高温高压制备过程中加入了少量的结合剂，其硬度受到一定影响(HK5000~8000)，低于天然金刚石，但冲击强度较高。PCD复合片制成的刀具切削刃上有许多不均匀的微锯齿，适用于半精加工和精加工，但不适用于要求镜面级表面精度的超精加工。从图2可以看出，金刚石厚膜的微观结构完整单一，孔隙少而细，类似单晶金刚石；由于材料结构完全由金刚石组成，没有结合剂夹杂物，因此具有较高的硬度(HK8300)，接近天然金刚石的平均硬度。如果选择合适的磨削工艺，金刚石厚膜刀具可以获得无锯齿的直刃，非常适合镜面级表面精度的超精密加工。

3 端铣刀的设计与制备

为了进行对比切削实验，分别用金刚石厚膜和PCD复合片制作了形状和几何参数相同的立铣刀。端铣刀的优化设计参数为：直径125mm，刀齿数6，切削深度前角3 ~ 8，径向前角0 ~-5，主偏角75；硬质合金基体为YG3X方形刀片，刀体可转位向前压。刀体的厚度、孔径、连接尺寸均按国家标准设计。将聚晶金刚石复合片和金刚石厚膜分别用激光切割成三角形片，用专用工装将YG3X硬质合金刀片研磨成与三角形膜片大小相同的凹槽进行钎焊。金刚石厚膜与普通金属及其合金的界面能较高，普通低熔点合金难以浸润，金刚石厚膜的可焊性较差。为了提高金刚石厚膜与硬质合金基体的可焊性，采用了特殊的高强度银铜合金焊料，并采用硬质合金低温钎焊工艺焊接金刚石厚膜刀片和PCD刀片。钎焊刀片分别以相同等级的表面精度进行刃磨。半精磨削选用高强度、粗粒金刚石砂轮，精磨削选用细粒金刚石砂轮，刀尖圆弧由工装自动刃磨。端铣刀装配调试后，其轴向和径向圆跳动控制在0.002mm以内.

4 切削试验

加工机床：BI-266数控铣床;测量仪：M4P表面粗糙度测量仪；材质：LY12铝合金；切割方式：干切。

图3示出了金刚石厚膜端铣刀的铣削过程；图4显示了金刚石厚膜端铣刀和加工的超精密镜面工件的轮廓。铣削后，用100倍显微镜检查金刚石厚膜端铣刀和PCD端铣刀的6个刀齿。结果发现，在每个刀齿受到超过6000次切削冲击载荷(6个刀齿总共受到36000次冲击)后，没有出现崩刃现象。实验结果表明，刀头几何形状合理的金刚石厚膜刀具不仅具有PCD端铣刀的优点，而且可以实现大平面的超精密加工。表金刚石厚膜端铣刀与PCD端铣刀切削量对比试验结果刀具工件表面粗糙度Ra( m)切削速度(m/min)切削深度(mm)切削进给量(mm/r)金刚石厚膜端铣刀LY12铝合金1570.020.020.10PCD端铣刀LY12铝合金1570.020.020.40图3金刚石厚膜端铣刀的铣削过程图4金刚石厚膜端铣刀与加工的超精密镜面工件。我厂设计生产的6 ~ 32齿金刚石厚膜端铣刀已应用于发动机生产现场，实现了“以铣代磨”的高效优质超精密加工，

5 结论

金刚石厚膜材料的显微组织与天然单晶金刚石相似。金刚石厚膜刀具适用于超精密切割，可以部分替代价格昂贵的天然单晶金刚石刀具。几何形状和参数设计合理的金刚石厚膜端铣刀能承受切削载荷的反复冲击，有效解决有色金属及其合金大平面、超大平面的超精密加工问题，在铣削有色金属大平面工件时能获得镜面精密加工效果。金刚石厚膜端铣刀不仅可应用于精密加工机床，也可应用于普通铣床，可获得较好的加工效益，具有推广应用价值。