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     近年來(lái)，為了減輕飛機、汽車(chē)零部件的重量，鋁合金的使用量逐年增加。盡管加工鋁合金時(shí)比切削鋼材時(shí)的切削阻力小，但由于鋁合金比較軟，切削時(shí)刀具刃部容易發(fā)生粘刀現象，從而影響被加工工件的表面粗糙度。為了增加鋁合金材料的強度，通常在鋁合金中加入大量硅元素。但由于硅元素以顆粒的形式散布在鋁合金材料內部，并且這些硅粒子的硬度很高（ 1000HV 左右），從而在切削加工時(shí)會(huì )導致刀具刃部嚴重磨損。因此，這樣的高硅鋁合金材料是一種非常難于切削加工的材料。
    單晶金剛石車(chē)刀應用于鋁合金的精密車(chē)削加工能獲得良好的加工表面質(zhì)量。金剛石刀具在加工高硅鋁合金材料時(shí)，能夠防止材料中的硅粒子導致的刀具磨耗，使刀具具有較長(cháng)的壽命。如果采用單晶金剛石制造帶螺旋槽且形狀復雜的銑刀的刀刃，則鋁合金材料的銑削加工也會(huì )獲得令人滿(mǎn)意的效果。但一方面由于單晶金剛石的價(jià)格昂貴，另一方面銑刀刀刃的立體形狀復雜、幾何尺寸精度要求較高，若采用單晶金剛石，則銑刀刃部的成形加工非常困難，因此單晶金剛石銑刀未能得到廣泛應用。
    近年來(lái)，國內外許多科研機構和工具制造商在人造金剛石涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用方面進(jìn)行了大量的研究，取得了許多新的成果，人造金剛石涂層技術(shù)發(fā)展很快，在硬質(zhì)合金銑刀、鉆頭、絲錐、刀片等刀具的表面涂層方面得到大量應用。人造金剛石涂層技術(shù)的成功應用使得人造金剛石涂層刀具備受青睞，市場(chǎng)需求逐年增長(cháng)。盡管如此，人造金剛石涂層刀具也有缺點(diǎn)：雖然金剛石是自然界中最硬的物質(zhì)，但其韌性很低，因此在加工難切削材料時(shí)容易發(fā)生薄膜脆性破損現象；此外人造金剛石薄膜是金剛石晶粒的多結晶體，其表面凹凸不平，這種粗糙的表面會(huì )影響鋁合金工件被加工表面的粗糙度，且在凹坑部容易產(chǎn)生鋁合金粘著(zhù)，導致金剛石薄膜早期磨損。
    為了解決上述問(wèn)題，日本 OSG 株式會(huì )社最近開(kāi)發(fā)了超微細結晶金剛石涂層技術(shù)并成功地用于銑削刀具的涂層。

2 超微細結晶金剛石涂層銑刀的切削性能

    為了研究超微細結晶金剛石涂層銑刀的切削加工性能，通過(guò)切削試驗對超微細結晶金剛石涂層銑刀與未涂層超硬銑刀在被加工表面粗糙度、抗粘著(zhù)性和薄膜韌性等方面的優(yōu)劣進(jìn)行了分析對比。
    2.1 被加工表面粗糙度
    人造金剛石涂層是在基材表面形成晶核（微小的金剛石粒子）、晶核沿柱狀成長(cháng)所構成的金剛石多結晶集合體。金剛石涂層薄膜表面凹凸不平，通常表面粗糙度為 Ry4 ～ 10 μ m 。鍍有金剛石薄膜的切削刀具在加工鋁合金時(shí)，其凹凸不平的表面形狀會(huì )影響到被加工表面的粗糙度，因此難以獲得精加工所期待的光潔表面。未涂層的超硬合金刀具雖然能獲得比較光潔的加工表面，但刀具刃部在很短的加工過(guò)程中就產(chǎn)生粘刀現象，從而影響工件表面粗糙度并導致刀刃的早期磨損，使之達不到預期的使用壽命。 OSG 公司研制開(kāi)發(fā)的超微細結晶金剛石薄膜不僅平坦光滑，并且與普通金剛石涂層銑刀的表面相比，超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀表面具有很好的光澤度。
    采用超微細結晶金剛石涂層φ 10mm 雙刃銑刀對鋁合金材料 A7075 進(jìn)行切削試驗。切削條件為：線(xiàn)速度 200m/min ，切削進(jìn)給速度 0.05mm/ 刃，切削深度 0.1*10mm 。試驗結果顯示被加工鋁合金工件表面與未涂層超硬銑刀加工出的表面具有同等水平的光潔度。
2.2 抗粘著(zhù)性
    金剛石刀具干切削鋁合金時(shí)具有非常優(yōu)秀的抗粘著(zhù)性。金屬化合物薄膜（如 TiN 、 TiCN 、 TiAlN 、 CrN 等）雖然有良好的加工特性，但在切削加工過(guò)程中薄膜會(huì )很快磨損。薄膜發(fā)生磨損后，其表面形狀會(huì )發(fā)生改變甚至露出基材表面，從而引起鋁合金的粘著(zhù)現象。而金剛石涂層刀具在加工鋁合金時(shí)的磨耗非常微小，長(cháng)時(shí)間使用后仍具有良好的抗粘著(zhù)性并保持良好的切削加工性能。
    分別采用未進(jìn)行金剛石涂層的超硬合金銑刀和超微細結晶金剛石涂層銑刀對鋁合金 ADC12 （含 Si 量 12% ）進(jìn)行干切削粗加工試驗。銑刀直徑均為φ 10mm ，切削條件為：線(xiàn)速度 300m/min ，切削進(jìn)給速度 0.15mm/ 刃，切削深度 2.5*8mm 。試驗時(shí)，未進(jìn)行金剛石涂層的超硬合金銑刀在切削加工的初期由于刀尖發(fā)生粘著(zhù)現象，切屑的排出受到很大影響進(jìn)而引起溝槽內切屑阻塞，粘著(zhù)現象逐漸嚴重；而超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀僅在刀尖部位有鋁合金摩擦過(guò)的白色痕跡而未發(fā)生粘著(zhù)現象。
    在上述切削條件下進(jìn)行了刀具壽命對比試驗，未涂層的超硬合金銑刀由于發(fā)生了粘著(zhù)現象，經(jīng)過(guò)很短時(shí)間的切削后就不能再使用；而超微細結晶金剛石涂層銑刀在切削長(cháng)度達到 700m 以后仍可繼續使用。由此可見(jiàn)，超微細結晶金剛石涂層刀具對于鋁合金的干式切削加工具有非常優(yōu)良的切削性能。
    另外，普通金剛石薄膜的結晶粗大、表面凹凸不平，在干切削鋁合金時(shí)，涂有這種金剛石薄膜的刀具在晶粒與晶粒間的凹部很容易產(chǎn)生粘著(zhù)，從而降低被加工材料的加工精度和表面粗糙度。而超微細結晶金剛石薄膜表面粗糙度在 Ry1 μ m 以下，切削試驗中觀(guān)察不到有粘著(zhù)現象發(fā)生。
    2.3 薄膜韌性
    由于普通金剛石薄膜是在基材表面形成金剛石晶核后，晶核沿柱狀成長(cháng)形成的多結晶集合體，因此在這種柱狀晶界間容易形成細微裂紋進(jìn)而導致薄膜的損壞。而超微細結晶金剛石薄膜的晶粒微小，可有效防止細微裂紋的擴展，從而具有較高的韌性。
    分別采用普通金剛石薄膜涂層銑刀和超微細結晶金剛石薄膜涂層銑刀對鋁合金 ADC12 進(jìn)行濕式切削試驗，切削條件為：線(xiàn)速度 400m/min ，切削進(jìn)給速度 0.05mm/ 刃，切削深度 0.1*10mm 。在進(jìn)行了切削長(cháng)度為 1108m 的切削試驗后，普通金剛石薄膜涂層銑刀尖部發(fā)生了崩刃現象；超微細結晶金剛石薄膜銑刀僅有少許的磨損，而刀刃仍保持良好的狀態(tài)。

3 結論