PCD刀具断屑台制造方法及刀具切削性能的研究

PCD cutting tools are widely applied to the high speed and precise machining of parts made of aluminum alloys and titanium alloys in industries of auto and aerospace. However, the problem of chip breaking is always encountered during the machining of aluminum alloys and titanium alloys by PCD tools. Most of PCD tools available in the market today have no ability of chip breaking. Unbroken chips can cause serious hazards including damage to the machined surface and machine operators, reducing of productivity and increasing of production cost. Based on the need for chip breaking of PCD tools, chip breaker on rake face of PCD tools is fabricated without PCD thermal damage according to the structure features of cutting tools. The following contents will be studied, interface formation mechanism of PCD metallization during extrusion and friction processes, chip breaking mechanism of PCD tools with chip breaker, design method of chip breaking section and cutting performances of PCD tools with chip breaker. PCD metallization by extrusion and friction method is provided to realize the metallurgical bonding between PCD and metal layer. A new method combined lower brazed welding with laser spot welding is presented to fabricate a reliable chip breaker on PCD rake face. Through the studies of this project, we will explore new ideas and methods for the chip breaking of PCD tools and solve the chip breaking problem of PCD tools. This project has its theoretical meanings and practical values.

聚晶金刚石（PCD）刀具广泛应用于汽车、航空航天等领域中铝合金、钛合金零部件的高速精密加工，然而，PCD刀具切削上述材料时，始终存在断屑的难题。目前，市场销售的绝大多数PCD刀具没有断屑功能，连续不断的切屑存在一系列危害：划伤工件表面、威胁人身安全、降低生产效率、增加企业制造成本等。本项目针对PCD刀具的断屑需求，利用PCD刀具的结构特征，在避免PCD热损伤的条件下，在PCD刀具的前刀面上制造出断屑台。本项目主要研究：PCD表面挤压摩擦金属化的界面形成机理，带断屑台PCD刀具的断屑机理，PCD刀具断屑点的设计方法，带断屑台PCD刀具的切削性能。本项目提出一种PCD表面的挤压摩擦金属化方法，实现PCD与金属层的冶金结合；提出低温钎焊与激光点焊的组合焊接新方法，制造出连接可靠的PCD刀具断屑台。本项目探索PCD刀具断屑的新思路、新方法，解决PCD刀具的断屑难题，具有重要的理论意义和实用价值。

铝合金材料在PCD刀具的切削加工中始终面临着切屑难以折断的技术难题。本项目开展了PCD刀具断屑理论与方法的研究工作：设计了PCD刀具的断屑方案，提出了PCD刀具断屑台和断屑槽的设计方法；研究了PCD刀具的断屑和切屑流向机理；研究了PCD断屑刀具的制造方法，提出了PCD的表面金属化方法，研究了PCD刀具断屑块和断屑槽的制造方法以及织构表面的磨损特性；研究了PCD刀具的切削性能，分析了工件加工表面质量、切削力和切削温度。本项目的主要研究结果如下：（1）提出并设计了PCD刀具的两种断屑结构--含焊接式断屑块的PCD刀具和装配式断屑块的PCD刀具，实现了铝合金材料的有效断屑，扩大了 PCD刀具的切削用量范围。（2）提出了PCD刀具断屑块和断屑槽的设计方法，建立了PCD刀具断屑块和断屑槽尺寸和位置参数的计算公式。（3）建立了PCD刀具的断屑机理和切屑流向控制方法，研究了断屑块参数和刀具角度对切屑形成和切屑流向的影响规律。（4）提出了PCD刀具表面的两种金属化方法--挤压摩擦加热法和真空热压扩散法，在PCD表面制造了钛涂层。本项目的相关研究成果已经发表学术期刊论文15篇，其中SCI/EI检索论文9篇，获得发明专利和实用新型专利各1项，培养毕业硕士研究生9名。本项目的研究工作提供了PCD刀具的断屑新思路，开发了PCD材料的表面新技术，丰富了PCD刀具的断屑理论，解决了PCD刀具在铝合金材料切削加工中存在的断屑问题。