汽车刹车片加工专用涂层刀具性能试验研究

0 引言

汽车刹车片主要是以石棉、陶瓷纤维、钢纤维、芳纶纤维等复合纤维为基础材料，将树脂混入有机和无机粉状填料黏结而成的。由于刹车片具有耐高温，耐磨等特点，用普通刀具进行切削加工时，常出现磨料磨损、孔撕裂或劈裂、孔壁的表面粗糙度大、刀具磨损快等情况。

如上所述，法国成人教育的资金投入主体多元，其中企业是法国成人教育的主要资助者，这是法国成人教育投入方面最有特色的一点。当前，成人教育经费短缺是制约我国成人教育发展的重要障碍，主要原因在于成人教育发展过度依赖财政收入。这方面，可以借鉴法国经验，通过教育立法等方式规定企业在员工继续深造和成人教育方面投入一定比例的资金，可以采取等额基金或教育税等具体方式，加强企业对成人教育的资金投入。

化学气相淀积 （Chemical Vapor Deposition，简称CVD）金刚石涂层刀具是近年来国内外竞相研发的一种新型刀具，它的切削部分经过化学气相沉淀后，生长出一层金刚石薄膜，即金刚石薄膜涂层［1］。CVD金刚石膜具有独特的力学、热学、化学等性能，广泛应用于机械、电子、医学等领域［2～3］。 因其具有良好的切削加工性，也经常用于加工高硅铝合金、工程陶瓷、碳纤维复合材料等材料［4～6］。笔者采用未涂层硬质合金刀具和涂层后的CVD刀具对刹车片进行钻削试验，探讨了在相同切削参数条件下，2种刀具切削汽车刹车片时切削力的变化情况和刀具磨损情况，以期为优化刹车片专用CVD涂层刀具提供参考。

1 试验设计

1.1 试验刀具和材料

试验刀具选用常州市英莱特精密工具有限公司生产的焊接扁钻，钻头长度为80 mm，刀柄直径为10 mm，刀头长度约为30 mm，钻头中Co的含量约为6%，硬度大于91 HRA。未涂层刀具与涂层刀具如图1所示。试验材料选用东风天龙卡车上含少量石棉的复合纤维刹车片。

开展全域旅游的地理基础是拥有足够的地域尺度和资源丰度。山西沿黄地区共包括19个县（市），涉及国土面积28675平方千米，地域宽广，地貌类型多样，峡谷、高原、山地、平原交相辉映，景点众多（见表1），拥有拓展养生休闲、体育探险等旅游产品的资源基础。山西沿黄地区还富集人文旅游资源，如表1所示，历史文化、红色文化、民俗风情[11]、工农业等旅游资源类型丰富、特色鲜明且地域组合多样。

  

图1 试验所用的涂层刀具（左）与未涂层刀具（右）Fig.1 Coated and uncoated cutter of test

1.2 钻削试验系统

钻削试验系统由机床、夹具、测力仪、电荷放大器、信号采集卡和计算机组成，试验原理如图3所示。其中，机床为DECKEL MAHO公司生产的DMU80monoBLOCK五轴联动加工中心，测力仪为KISTLER公司生产的9257B钻削测力仪，电荷放大器为KISTLER公司生产的5080型电荷放大器。

为处理好历史遗留问题，公司广泛宣传“公司人、社区人，都是农场人”的理念，积极与苏通园区、社区、职工沟通，说明情况，帮助解决问题，主动承担和履行国有企业社会责任，协助社区做好基础设施建设、困难职工帮扶等工作，有效处理各类信访事件，经过几年的努力，信访的烈度、广度均大幅下降。

1.3 试验方案的拟定及试验参数的选取

采用未涂层刀具和涂层刀具在刹车片表面进行钻孔试验，如图3所示。钻孔后，刀面的磨损作为刀具失效的标准，磨损标准VB＝0.2 mm。

2．听力播放。在课前将听力内容导入手机。课堂上，要求学生至少听四遍以上，直到听出语感。然后，对个别词汇进行学习，进入到听懂大意的阶段。

  

图2 钻削试验系统原理图Fig.2 Drilling test system schematic diagram

  

图3 试验所用的刹车片Fig.3 Brake pad of test

2 钻削试验结果及分析

2.1 轴向力FZ与转速和进给量的关系分析

由图8可以看出，在钻10个刹车片阶梯孔后，涂层刀具的后刀面磨损约为0.025 mm，远远小于后刀面磨损标准 （VB＝0.2 mm）；未涂层刀具的磨损约为0.15mm，基本上接近刀具磨损标准（VB＝0.2 mm）。由此看出，涂层刀具的钻削性能比未涂层刀具要好。

 

表1 钻削试验参数Tab.1 Drilling test parameter

  

序号 主轴转速n/（r/min） 进给量f/（mm/r） 进给速度Vf/（mm/min） 每齿进给量fZ/（mm/齿）1 3 000 0.005 15 0.002 5 2 3 000 0.010 30 0.005 0 3 3 000 0.015 45 0.007 5 4 3 000 0.020 60 0.010 0 5 6 000 0.005 30 0.002 5 6 6 000 0.010 60 0.005 0 7 6 000 0.015 90 0.007 5 8 6 000 0.020 120 0.010 0 9 9 000 0.005 45 0.002 5 10 9 000 0.010 90 0.005 0 11 9 000 0.015 135 0.007 5 12 9 000 0.020 180 0.010 0 13 12 000 0.005 60 0.002 5 14 12 000 0.010 120 0.005 0 15 12 000 0.015 180 0.007 5 16 12 000 0.020 240 0.010 0

综上所述，在钻削过程中，无论是刀尖部分还是刀肩部分，涂层刀具所表现出来的钻削效果比未涂层的普通刀具好。

  

图4 涂层刀具与未涂层刀具轴向力F1对比图Fig.4 Comparison of axial force F1of coated and uncoated cutter

  

图5 涂层刀具与未涂层刀具轴向力F2对比图Fig.5 Comparison of axial force F2of coated and uncoated cutter

2.2 扭矩MZ与转速和进给量的关系分析

［1］ 刘志峰.干式加工—绿色制造工艺的应用研究［J］.机电一体化，1999，5（1）：29－31.

由图7可知，随着转速的增大，未涂层刀具在4种进给量情况下的扭矩M2都是先增大后减小，在转速超过9 000 r／min后，进给量为0.015 mm／r和0.02 mm／r的扭矩出现增大的迹象，而进给量为0.005 mm／r和0.01 mm／r的扭矩还是继续递减。这说明，未涂层刀具在低进给量情况下表现出来的钻削效果较好。对于涂层刀具，在进给量为0.01mm／r、0.015 mm／r、0.02 mm／r时，随着转速的增加，扭矩 M2先逐渐增大；在进给量为0.005mm／r时，扭矩M2先随着转速的增加逐渐减小。在转速超过9 000 r／min后，进给量为0.02 mm／r的扭矩出现增大的迹象，而进给量为 0.005 mm／r、0.01 mm／r和 0.015 mm／r的扭矩大幅减小。这种情况说明，在进给量较大范围变动的情况下，随着转速的增大，涂层刀具比未涂层刀具钻削时的扭矩要小，即涂层刀具整体表现出来的钻削性能较好。

比较图6和图7可知，无论是涂层刀具还是未涂层刀具，同等条件下，扭矩M2都比扭矩M1大。这说明，在加工阶梯孔时刀肩部分的切削刃受到的扭矩比刀尖部分受到的扭矩要大。

由图5可知，随着转速的增加，未涂层刀具的轴向力F2呈现先增加后减小的趋势，尤其是转速达到12 000 r／min时，进给量越大，轴向力越小。随着转速的增加，涂层刀具的轴向力F2基本保持不变。涂层刀具在大进给量 （f＝0.02 mm／r）、低速钻削工件时，轴向力缓慢减小，而同条件下未涂层刀具的轴向力却不断增大。当转速达到12 000 r／min时，两种刀具的轴向力均大幅下降，但涂层刀具的轴向力比未涂层刀具轴向力小。这说明，在低速钻削情况下，涂层刀具的稳定性比未涂层刀具要好。在高速钻削情况下，涂层刀具表现出更加理想的钻削性能。

  

图6 涂层刀具与未涂层刀具扭矩M1对比图Fig.6 Comparison of torque M1of coated and uncoated cutter

  

图7 涂层刀具与未涂层刀具扭矩M2对比图Fig.7 Comparison of torque M2of coated and uncoated cutter

2.3 刀具磨损情况分析

在转速为6000r／min、进给量为0.01mm／r的情况下，用B组的涂层刀具和未涂层刀具在刹车片材料上各钻削10个孔，刀面的磨损情况如图8所示。

5)标准化因子norm。lucene的打分公式中，标准化因子由3个参数决定：document boost表示文档的重要性；Field boost表示域重要性；lengthNorm(field)表示域中包含的Term总数。

轴向力F1、F2分别与转速和进给量的关系如图4和图5所示。由图4可知，随着转速的增加，2种刀具的轴向力F1均逐渐增大，进给量越大，轴向力也越大。但是，涂层刀具的轴向力F1明显小于相同条件下的未涂层刀具。这是由于涂层刀具的金刚石薄膜在切削过程中起到了润滑的作用。图1（b）中出现了一个奇异点，即在 f＝0.005 mm／r、n＝3 000 r／min时， 涂层刀具的轴向力比 f＝0.01 mm／r，n＝3 000 r／min时的轴向力还要大。这是因为第一个孔离边缘比较靠近，同时刹车片与测力仪之间有间隙，在钻削过程中，容易出现振动引起的试验误差。

  

图8 涂层刀具与未涂层刀具刀具磨损值对比图Fig.8 Comparison of wear value between coated and uncoated cutter

在钻削过程中，刀具的横刃、主切削刃、前刀面和后刀面易磨损［7－8］，通过 VHX－2000 超景深显微镜观察刀具的不同位置的磨损状况。图9为未涂层刀 具的表面磨损形貌。图9中，刀具横刃的右侧是一个划痕十分明显的凹槽。主切削刃磨损部位肉眼可辨。这主要是由于刀尖钻削时，直接施加在刹车片上的力产生的反作用力造成的。刀肩部分的主切削刃的磨损原因与主切削刃相同。后刀面和横刃根部的磨损形貌是由于切削时纤维材料产生的弹性恢复反作用于后刀面而造成的。

  

图9 未涂层刀具表面磨损图Fig.9 Uncoated cutter surface wear

燃气炉分为餐厅内布线和使用一次性炉子两种形式。有关业内人士介绍，我国消防部门已经明令禁止使用可重复充气的“小煤气罐”作为火锅燃具。目前，国家允许的方式只有前期布线至每张桌子的方式，或者封闭的一次性使用的符合国家认证的燃气炉。

一方面，科学调度现有蓄水工程，在确保防洪安全前提下，对汛限水位、进入后汛期时间和区域进行科学调度，拦蓄洪水，特别是抓住洪水“尾巴”，尽可能多蓄水，确保汛后用水。另一方面，积极规划和兴建一批新的调蓄工程，提高水资源调配能力。通过必要的工程调配手段，使部分地区和江西省主汛期富余的水资源环境承载能力，转移到水资源环境承载能力较弱的地区和时段，促进水资源的时空均衡。正在推进的鄱阳湖水利枢纽工程及赣抚连通工程，就是典型的生态工程和水资源配置工程。

具体试验方案为：试验分2组（A和B），每组2种刀具各选1把。A组试验以表1中的参数进行单因素试验，每个钻头各钻16个孔，测量刀具的轴向力和扭矩的变化。B组试验取转速n＝6 000 r／min，进给量f＝0.01 mm／r对刹车片材料进行钻削，每把刀各钻10个孔，进行对比分析，并在VHX－2000超景深三维显微镜下观察试验刀具的表面磨损状况。同时，为避免切削液对试验结果的影响，选用干式切削。

通过比较图9和图10中刀具主要切削部位的磨损情况可以得出如下结论：金刚石涂层刀具的钻削性能均要优于未涂层刀具的钻削性能。

  

图10 涂层刀具表面磨损图Fig.10 Coated cutter surface wear

3 结语

综上所述，由CVD金钢石涂层刀具和普通硬质合金刀具对刹车片的钻削试验可以得出以下结论：（1）在钻削阶梯孔的过程中，不论涂层刀具还是未涂层刀具，刀肩部分的切削刃受到的扭矩比刀尖部分受到的扭矩要大。（2）涂层刀具在低速钻削的情况下效果较好，未涂层刀具在低进给量的情况下钻削效果较好。（3）无论是刀尖进行钻削还是刀肩部分进行钻削，刹车片专用CVD金刚石涂层刀具的钻削性能都比未涂层的刹车片刀具好。（4）在转速和进给量相同的情况下，钻削10个孔后，涂层刀具的磨损值较小、刀具表面磨损较轻。

图10是涂层刀具的表面磨损形貌。在钻削过程中，横刃最先接触工件表面，由于与刹车片发生摩擦，致使横刃一部分剥落，其中的一个主切削刃金刚石薄膜产生较多的剥落，是因为该处衬底和金刚石颗粒之间的附着力强度不够理想。与未涂层刀具相比，涂层刀具的主切削刃显然磨损得较少。刀肩部分接触面积增大，受到工件对它的反作用力也相应增大。因此，相对于主切削刃磨损，刀肩磨损更大一点。后刀面和横刃根部的磨损形貌是由于该部分力有突变，会产生振动，使得该地方的金刚石薄膜剥落。

参考文献：

刀尖部位扭矩M1和刀肩部位扭矩M2与转速和进给量之间的关系如图6和图7所示。由图6可知，在进给量为0.005 mm／r时，随着转速的增大，涂层刀具和未涂层刀具的扭矩M1都是随着转速的增加而减小的。 在进给量为0.01 mm／r、0.015 mm／r和0.02 mm／r时，未涂层刀具扭矩M1先随着转速的增加而增大，在转速超过9 000 r／min时，扭矩M1随着转速的增加而减小，而涂层刀具的扭矩M1先随着转速的增加而减小，在转速超过9 000 r／min时，扭矩M1会大幅增大。这说明，涂层刀具适合在低速钻削的情况下使用。

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