金刚石涂层木工刀具的研究

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1、第21卷第3期南京林业大学学报Vol.21No.31997年9月]ournalofNanjingForestryUniversitySep.1997金刚石涂层木工刀具的研究曹平祥华毓坤周之江(南京林业大学木材工业学院南京210037)摘要采用热丝加热化学气相沉积法，将金刚石薄膜涂覆硬质合金刀片上，在杠杆式磨损实验台进行磨损试验。结果表明，涂层刀片的磨损量降低了60%，薄膜剥离是造成金刚石涂层没有大幅度提高刀片耐磨性的根本原因。关键词金刚石涂层:磨损:磨擦长度:木工刀具中图分类号TH140.7刀具切削木材、木质复合材料的过程，对刀具

2、而言，实质是刀具与工件材料发生机械、热和化学腐蚀作用，刀具前后面的金属材料不断消失的过程。由于刀具抗磨性不足，造成工件加工表面的材料被搓起、撕裂、挖切，切削过程不得不中断，增加换刀磨刀的次数和机床的启动频率，降低了机床的使用效率。因此，提高刀具抗磨性具有重要的实用价值。金刚石具有硬度高、化学稳定性好和导热系数高等优点，其耐磨性是硬质合金的100~250倍，但韧性很差。金刚石涂层刀具是把金刚石的高硬度和抗磨性与传统刀具材料的韧性和抗冲击性结合起来，既具备良好的冲击韧性，又有极高的耐磨性和化学稳定性，这将大大提高刀具的耐磨性和降低刀具

3、的崩刃，具有美好的实用前景。1实验装置实验装置由万能工具磨床改装。把砂轮拆卸下来，装上直径为310mm的圆盘试件。圆盘试件转速为3000r/min，其转数用光电二极管计数装置来测量。在磨损实验过程中，圆盘直径会不断变小。为了保证刀片始终与圆盘接触，并且正压力保持不变，在工具磨床的工作台上设计如图1所示的装置。该装置包括底座、支架、横梁、刀架、棋块、陆码、阻尼系统等。底座通过两只M12的T型螺栓固定在工具磨床的工作台上，横梁和支架的槽口采用间隙配合(φ12旦~)。其间有销轴相联，它也采用间隙配合(φ10l!~)。刀~~-h11/".

4、.....，~，~,,,.--".,..,."..~-~.~~~h7架通过螺栓(MlO)固定在横梁的长槽中，棋块是刀架的定位机构，它们可在长槽中移动。陆码是加载机构，为了抑制因试件材质不均而诱发的刀架跳动现象，在左边陆码有一阻尼装置，即把左边硅码浸入在20#机0油中，依靠机油粘附力来降低刀架跳动。刀架固定好之后，它与垂直方向的夹角为15。圆盘直径控制在收稿日期1997-06-01第一作者简介·曹平祥，男，南京林业大学木材工业学院副教授。-23一业林且三A且南尽大ff报第21卷第3期φ300~31Omm范围内变化，滑动速度相应降低了

5、3%。由于滑动速度变化幅度小，因此，忽略滑动速度变化的影响。为了降低因圆盘直径变化而引起刀片表面与垂直方向之间角度的微小变化，在试验过程中，调节工具磨床升降于轮，使得横梁始终保持水平。当圆盘达到试验安排的转数时，托起左边的硅码，刀片立即脱离工件，然后断开主电机电源开关。因此，圆盘基本可以保证准确转数。图1试验装置示意图Fig.1Anexperimentapparatus1.底座2.支架3.横梁4.刀架5.棋块6，7.硅码8.阻尼系统2试验设计试验主要考查金刚石涂层对提高刀片耐磨性的表1每个因素的各个水平可行性。因此，试验设计主要围

6、绕涂层来考查一些Table1Thefactorlevel因子对涂层耐磨性的影响。共选择了三个因素:(1)因素涂层正压力/N试件板种涂层。(2)摩擦副表面的正压力(即法向力)0(3)试不涂20.5刨花板PB材板种。每个因素的各个水平见表1。采用正交试2涂层13.0中密度纤维板MDF7验表Ls(2)安排试验，见表2。7表2L8(2)试验安排Table2Theexperimentarrangement空空空正压力/N涂层试件板种空试验号CE-l2l22l2lGABDF一-12212112'且'E·I·-'111222211'120.5不

7、涂1PB7-气20.5不涂1MDF24丐气/UA20.5涂2PB-tItIU寸声、20.5涂2MDF2气JZO4不涂1PB13.。气气13.04不涂1MDF24叮气气/06//13.。-气涂2PB-tI/13.0-涂2MDF23试验现象及数据3.1试验现象由于刀片磨擦随着磨损长度的增加而改变，因此要制订若干个观察点，当圆盘转数达到观察点的数值，就中止试验。把刀片从刀体上取下来，放在99.7%化学分析醇中浸泡，让粘附在刀片刃口中的污垢241997年总第73期曹平样等:金刚石涂层木工刀具的研究溶解，然后用脱脂棉花擦洗刃口。在分析显微镜

8、下观察、分析刀片磨损形貌和测量刀片磨损带宽度。当新刀片装在刀架上进行试验时，刀架跳动较厉害，肉眼可观察到刀片在试件表面跳动，但跳动幅度很小，用于触摸横梁，可感觉到抖动现象。随着磨损试验的深入，刀片刃口越来越饨，与试件的接触面积也稍有增加，刀架跳动略