摘要：通过用CVD金刚石薄膜涂层刀具切削加工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规律，同时研究了SiC_p/Al复合材料的切削加工性能。

1 引言

SiC_p/Al复合材料是一种刚性颗粒增强型金属基复合材料，由于它具有比强度和比刚度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨耐热性好、可重熔性好以及价格低廉等优点，很适合制作耐磨、耐热、强度高、重量轻的零部件(如发动机活塞、车辆刹车器等)，因此在航空、航天、汽车、摩托车、仪器仪表、兵器等工业领域有很大的应用潜力。该材料中由于加入了高强度的硬脆SiC陶瓷颗粒，极大地提高了基体材料的力学性能，并且具有复合材料宏观各向同性。但同时也给切削加工带来了很大的困难，使得切削SiC_p/Al复合材料时刀具的磨损率大，加工精度和表面质量难以保证。研究表明，采用高速钢和硬质合金刀具加工此类材料的效果都很差，聚晶金刚石刀具和金刚石厚膜刀具加工此类材料的效果虽然比较好，但刀具成本过高。而CVD金刚石薄膜涂层刀具制造工艺简单，成本低廉，在高硅铝合金等耐磨材料及有色金属材料的加工中已得到广泛应用，本文将探讨其对切削加工SiC_p/Al复合材料的适应性。

2 CVD金刚石薄膜涂层刀具及其特性

CVD金刚石薄膜涂层刀具是通过化学气相沉积(ChemicAlVapor Deposition，CVD)法在硬质合金、陶瓷等刀具材料基体上沉积一层极薄(50µm 以下)的金刚石膜制成的刀具。金刚石薄膜材料具有单晶金刚石优良的热力学性能(如极高的硬度、高导热性、低摩擦系数和低膨胀系数等)，因而CVD金刚石薄膜涂层刀具亦具有很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、高耐磨材料等难加工材料的首选刀具之一。

3 切削试验

试验刀具采用广州有色金属研究院研制的CVD金刚石薄膜刀具：基体为YG6；采用直流等离子射流CVD法涂层，反应气体为甲烷、氢气、氩气的混合气体；涂层之前进行脱钴、脱碳等基体表面处理。涂层工艺参数为：气压5～20kPa，Ar 流量为3l/min，H₂流量为6l/min，CH₄为120SCCM，温度为800～8500℃，有偏压，沉积时间为1.5h。

试验条件
1. 工件材料及试验刀具
  试验采用的工件材料为编号1^#～4^#的不同颗粒和体积百分比的SiC_p/Al材料(见表1)；试验用刀具为硬质合金YG6和CVD金刚石薄膜刀具(分别标记为CVD-1、CVD-2、CVD-3)，各种刀具的几何参数见表2。
  表1 工件材料编号名称颗粒大小体积百分比1^#SiC_p/Al14µm10%2^#SiC_p/Al28µm10%3^#SiC_p/Al28µm20%4^#SiC_p/Al40µm20%表2 试验刀具及几何参数刀具前角g₀
  (°)后角a₀
  (°)主偏角K_r
  (°)副偏角K_r
  (°)刀尖r_e
  (mm)YG6-8～-98～945451.0CVD-1-8～-98～945451.0CVD-208～945451.0CVD-38～98～945451.0
2. 试验设备、仪器及测量参数
  - 试验机床：CM6140普通卧式车床；
  - 测量仪器：工具显微镜；测量参数：刀具后刀面(刀尖处)磨损值VC。
试验结果与分析
1. 切削参数对刀具磨损的影响
  采用CVD-1刀具对4^#材料进行切削试验，分别采用不同切削参数加工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。
v_c=35m/min，a_p=0.3mm
(a)采用不同f时的VC-t曲线
v_c=33m/min，f=0.2mm/r
(b)采用不同a_p时的VC-t曲线
a_p=0.3mm，f=0.2mm/r
(c)采用不同v_c时的VC-t曲线图1不同切削用量下的V"-^#曲线

4 结论

用CVD金刚石薄膜涂层刀具加工SiC_p/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v_c越高，切深a_p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SiC_p/Al复合材料时，工件材料中SiC_p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SiC_p/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。