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激光超聲複（fù）合切削硬質合金的刀具磨損及其對工件（jiàn）表麵質量的（de）影響

2017-2-8 來源：河南理工（gōng）大學機械與動力工程學（xué）院（yuàn）作者：張昌娟，焦鋒。，趙（zhào）波，牛贏

摘要：基於激光加熱輔助切削和超聲橢圓振動切削提出了激（jī）光超聲複合切削（xuē）加工工藝。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具對YGlo硬質合（hé）金（jīn）進行（háng）了常規切（qiē）削，超聲（shēng）橢圓振動切削，激光加熱輔助切削和激光超聲複合切削對比試驗。檢測了刀具磨損量、刀具磨損形貌、工件表麵粗糙度以及工件表麵形貌，並通過掃描電鏡(SEM)對刀具磨損區域進行了能（néng）譜分（fèn）析，同時研（yán）究了激光超聲複合切削硬質（zhì）合金時PCBN刀（dāo）具的磨損及其（qí）對工件表麵質量的影響。最後，與常規（guī）切（qiē）削、超聲振動切削及激光加熱輔助切削進行了對比試驗。結（jié）果表明：激光超聲複合切削時刀具使用壽命顯著增加，加（jiā）工後的工件表麵粗糙度平均值分別降低了79％、60％和64％，且工（gōng）件表麵更加平整光滑。激光超（chāo）聲複（fù）合切削硬質合金時，PcBN刀具的前刀麵磨損表現為平滑且均勻的月牙窪磨損，後刀麵（miàn）磨損表現（xiàn）為較窄的三角形磨損帶和（hé）較淺的凹坑和劃痕；刀具的失效機理主要為黏接磨損、氧化磨損和磨粒（lì）磨損的綜合作用（yòng）。

關鍵（jiàn）詞：激光超聲複合切削；硬質合金；聚晶（jīng）立方氮化硼(PCBN)刀具；刀具磨損；表麵（miàn）質量

1.引言

光學零件的（de）模壓成型（xíng）技術作為一種高精（jīng）度光學元件加工技術，已成為國際上最先進的光學零件製造技術之一[1]。該項技術需要設計（jì）專（zhuān）用的模壓機床，采用高質量的模具和選用合理的工藝參數，其（qí）中（zhōng）高質量成型模具的材料選擇與加工製造成為關鍵。最具代表性的模具材料是以wC等超硬合金為基（jī）體，表麵（miàn）塗鍍（dù）氮化鈦等薄膜。但由於模具材料硬度高、脆性大，在加工過程中（zhōng）容易產生裂紋，影響工件的加工性能，因此對模具材料加工中所使用的刀具和（hé）加工方法提出了（le）較高要求。在（zài）這些模（mó）具材料的精密加工過（guò）程中，除了必需使用高剛性、高分（fèn）辨率的超精密數控機床，目前一般采用先磨削加工後拋光精加（jiā）工成（chéng）光學鏡（jìng）麵口]。特別（bié）是在高精度（dù）非球麵（miàn）模具加工中，為了進一步提高（gāo）精度和減輕磨削的痕跡，必需（xū）超精加工的多次反複口]。導致高精（jīng）度光學零件成型模具的製造成本較高，製約了該技術的進一步發展。本文將超聲振動切（qiē）削和激光加熱輔助切削引入（rù）到常規切削中，提出激光超聲複合切削加工工（gōng）藝，采用PCBN刀（dāo）具對YGlo硬質合金進行超精密加工（gōng）實驗研究，來實現硬（yìng）質合金等硬脆材料的高效超（chāo）精密製造，對（duì）促進光（guāng）學零件模壓成型技術的實際應用和（hé）以（yǐ）經濟高效的方式進行光學元器件的加工具有現實意義。

激光加熱輔助切削(Laser Assisted Cut—ting，LAC)是解決硬脆材（cái）料、非金屬材料等難加工材料加（jiā）工的（de）一種新型加工技術¨]。王揚[5]、吳（wú）雪峰[6]、鄢銼[7]等人分別對複合材料、氮化矽陶瓷（cí）和氧化鋁陶（táo）瓷進（jìn）行了激（jī）光加熱輔助切削的理論與試驗研究，有效保證了激光加熱切削硬質脆（cuì）性材料的工藝要求。然（rán）而，激光加熱輔助切削硬脆材料時，熱應力容易使工件加工表麵產生微裂紋，從而影響加工（gōng）質（zhì）量。針對這一問題，將超（chāo）聲振動引入（rù）到加熱輔助切削過程中形成的熱超聲輔助切削加工技術在難加工材料的高效精密加工中得到應用，但取得的相關研究成果較少（shǎo）。C．Y．Hsu等凹]利用氣焊槍加熱工件，將超聲（shēng）振動與高溫輔（fǔ）助切削相複合，研究（jiū）了（le）切削參數（shù）對（duì）切削力（lì）及工（gōng）件（jiàn）表麵粗糙（cāo）度的影響。Riaz Muhammad等凹‘1們利用帶（dài）狀電阻加熱器加熱工件對熱超聲輔助切削鈦合金進行了普通、超聲、加熱輔助切削及熱（rè）超聲輔助切削熱力學（xué）特性仿真研究及工件（jiàn）表（biǎo）麵粗糙度（dù）與切削力試驗研究（jiū）。因（yīn）此（cǐ），目前針對難加工材料熱（rè）超聲複合切削（xuē）的研究主要集中在切削力、切削溫度以及工件表麵質量等方麵，針對刀具的磨損及其機理方（fāng）麵（miàn）的研究（jiū）較少，且加熱工件（jiàn）時的熱源為氣焊槍加熱或加熱器加熱，缺乏關於激光超聲（shēng）複合切（qiē）削的研究。

此外，研究人員在（zài）使用PCBN刀具切削淬硬鋼、鑄鐵及高溫合金（jīn）等（děng）材料時的刀具磨損機理及切（qiē）削性能等研究（jiū）方（fāng）麵取得了較大進展（zhǎn），而有關加工（gōng）硬（yìng）質合金時的刀具（jù）磨損特性及切削性能等方麵的研究相對較少。關佳亮等口婦采用ELID磨削和機械研磨（mó）拋光複合技術對硬質合金（jīn）表麵進行了超精密加工試驗，研究了各工藝參數對加工表麵粗糙度的影響，並獲得了表麵粗糙度Rn 18 nm的精密加工表麵，但沒有涉及刀具磨損的研究。郭銳（ruì）等[121對硬質合金進行超（chāo）高速切削（xuē），研究了硬（yìng）質合金在超（chāo）高速切削過程中（zhōng）達到一定（dìng）切削速度後（hòu）切（qiē）削力不增反降（jiàng）的原理，對刀具磨損也（yě）沒有進行研究。鄶吉才[1胡對納米硬質（zhì）合金刀具進行了在線電解修整(ELID)磨削，研究了納米硬質（zhì）合金與（yǔ）大理石的摩（mó）擦磨損（sǔn）特性，但沒有針對刀（dāo）具（jù）磨損（sǔn）進行研究。鄶吉才、張飛虎[141采用ELID磨削技術對納米硬質合金的磨（mó）削性能也進行了（le）試驗研究，分（fèn）析了磨削工藝參數對磨削性能的影響，該研（yán）究同樣（yàng）沒有涉及刀具磨損。

由（yóu）以上文（wén）獻可知，針對難加工材料激（jī）光超聲複（fù）合切（qiē）削方麵的研究和PCBN刀（dāo）具（jù）切削（xuē）硬質合金時的刀具磨損及其機理方麵的研究較少，而在激光超聲複合切削硬質合金的過程（chéng）中刀具磨損（sǔn）嚴重，且刀具的微量磨損即（jí）會導致零件加工質量較差，難以滿足元器件表麵質量達到超精密級的（de）光學工程（chéng）需（xū）要。因此，開展激光（guāng）超聲複（fù）合切削硬質合金時（shí）的PCBN刀具磨損特性的研究很（hěn）有必要。本文進行了PCBN刀具常規切削(ConventionalCutting，CC)、超聲振動切削(Ultrasonically As—sisted Cutting，UAC)、激光加熱輔（fǔ）助切削(LAC)以及激光超聲複合（hé）切削(Laser U1trasonicallyAssisted Cutting，LUAC)YGlo硬質合金刀具磨損對比試驗，通過刀具磨損及工件表麵質量的觀測，揭示激（jī）光超聲複合切削硬質（zhì）合金時PCBN刀具的磨（mó）損規律及磨損機理（lǐ），研究刀具磨損對工件表麵質量的影響，為PCBN刀具超精密切（qiē）削硬（yìng）質合金的應用提供技術支持並指（zhǐ）導生（shēng）產（chǎn）實踐。

2.激光超聲（shēng）複（fù）合切削加工原理

切削原（yuán）理（lǐ）如圖1所示，激光超聲複合（hé）切（qiē）削加工（gōng）是在激光加熱輔助切削的基礎上對（duì）刀具附加超聲振動的複合加（jiā）工方法。複（fù）合（hé）加工中超聲（shēng）加工和激光加熱輔助加工同時進行，將（jiāng）高功率激光束聚焦在切削刃前的工件表麵（miàn），在材料被切（qiē）除前的短時間內將局（jú）部加熱到較（jiào）高的溫度，使（shǐ）材料的切削性（xìng）能在高溫下（xià）發生改變，屈（qū）服應力和硬度降低，切削變形從脆性轉變為塑性或者準塑性（xìng），材料軟化[5。61；同時對刀具施以縱彎複合振動使其以橢圓振動軌跡對工件表麵進行切削，以避免刀具（jù）後刀麵（miàn）與已加工表麵之間（jiān）的長時間摩擦，同時緩解刀具的崩刃破損和對（duì）工件加工質量的不利影響[15|。顯然，激光超聲複合切削加工將激光加熱（rè）輔助切削和超聲加工相結合，充分利用超聲加工和熱加工的優點，以期在一定程度上減小刀具磨損、降（jiàng）低加工成本、提高加工質量。

圖1激光超聲複合切削（xuē）原理

圖1中，工件以轉速，z做旋轉運動，同時刀具沿徑向做進（jìn）給運動，以實現端麵切削。將高能激（jī）光束打到刀具切削方向的前方對工件進行預加熱，以改（gǎi）善材料的切削特性；同時對切削刀具在切（qiē）向（xiàng）和徑向分別施以同頻超聲振動^和（hé）．廠b，以實（shí）現對軟化後的工件材料進行橢圓超聲振動切削。因此，激光超聲複合加工（gōng）有望實現刀（dāo）具磨損的降低及提高工件表麵質量。

3.實驗

3．1工件與刀具

試驗（yàn）選（xuǎn）用直（zhí）徑為妒（dù）49 mm的YGlo硬質合金軸件，wC含（hán）量為90％，Co含量為8％。所用的PCBN菱（líng）形刀（dāo）片型號為DCGW070204、邊長為7mm，根據刀片（piàn）尺寸，通過DMG加工中心在變幅杆（gǎn）頂端加工（gōng）出大小對應（yīng）的刀槽，用螺釘（dìng）將PCBN刀（dāo）片固定在變幅杆上，裝夾後的刀具幾何參（cān）數如表1所示。圖2所示為經（jīng）超景深顯微鏡檢（jiǎn）測的（de）切削試驗前（qián）的PCBN刀（dāo）具。

表（biǎo）1刀具（jù）幾何參數

圖2 試驗（yàn）前的PCI{N刀（dāo）具

3．2試驗設置

激光超聲複合（hé）切削試（shì）驗裝置如圖3所示，采用最小分辨（biàn）率為10 nm的sPHERE360超精密金（jīn）剛石數（shù）控車床和YAG激光加熱係統。激（jī）光加熱係統由激光主（zhǔ）機（jī）、激（jī）光電源、冷卻係統、激光指示定位係統、光纖傳輸係統、導光（guāng）聚焦係統等組成，將激光器的聚焦裝置通過光纖連接到激（jī）光器主機，用支架固定在車床工作台上，通過對激光（guāng）頭位置和角度進行調節，光斑（bān）同刀尖保持（chí）一定距離。超聲振動係統包括超聲（shēng）波（bō）發（fā）生器、縱向（xiàng）壓電（diàn）換能器、開斜槽變幅（fú）杆和車刀，可實（shí）現加工過程中刀具的二維縱彎複合振動。實驗過（guò）程中（zhōng），將（jiāng）二維超聲（shēng）振動裝置與測力儀連接在一起固定在機床工作（zuò）台上，實現超聲振動裝置和激光聚（jù）焦裝置在切削過程中時刻保持同步。

圖3試（shì）驗裝置

利用（yòng）德國歐普士生產的OPTRIS—CT紅外測溫儀在線測量工件表麵溫度(見圖3)，通過阻抗分析儀和激光位移傳感器（qì）對聲（shēng）學（xué）係統進行振動頻（pín）率和振幅（fú）測試。實驗參數如表2所示。

表2 實驗參數

研究表明，當溫度高於400℃時，硬質合金的硬度大幅度下降，材料被軟化，塑性增強[16。7|。圖（tú）4所（suǒ）示為表2實驗條件下的工件加（jiā）熱（rè）區域縱切麵溫度場的分布，同時測得工件表（biǎo）麵激光光斑中心的平均溫度為665℃，刀尖點的平均溫度為400℃。在此溫度下，工件材料的可加工性能得到一定改善，同時刀尖也不會因溫度過高而縮（suō）短壽命。因此，在室溫下進行傳統切（qiē）削及二維超聲振動切削試驗，在刀尖平均溫度為400℃左（zuǒ）右時進行激光加熱輔助切削和（hé）激光超聲複合（hé）切削試驗。另外，當開啟超聲波發生器時為二維超聲振動切（qiē）削和激光超聲複合切削，關（guān）閉超聲波發（fā）生（shēng）器時為（wéi）傳統切削和激光加熱輔助切削。在每一種切（qiē）削條件下使用一把車刀對工件（jiàn）進行（háng）端麵切削，走刀（dāo）到直徑37 mm時退刀。每走一段路程後取下刀具，用KEYENC VHX-2000C超景深顯微鏡和SEM掃描電鏡（jìng）觀測（cè）刀具磨損並對刀具磨損區域進行能（néng）譜分析，用白光幹涉儀對工件加工表麵形貌及（jí）表麵粗糙度進行檢測。

圖4 工件加熱區域的溫度場分布

4.試驗結果

圖5～12以及表3中，CC表示普通（tōng）切削，UAC表示超聲振動切（qiē）削，LAC表示激光加熱輔助切（qiē）削，LUAC表示激光超聲複合切削（xuē）。

4．1刀具後刀麵磨損特性

圖5所示為不（bú）同切削條件下PCBN刀具切削YGlo硬質合（hé）金時的後刀麵磨損（sǔn）曲線。可以（yǐ）看出，從常規切削、超聲振（zhèn）動切削、激光加熱切削到激光超聲複合切削，切削路程相同時PCBN刀具後刀麵磨損量逐漸減小，且4種切削方式下PCBN刀具（jù）磨（mó）損量隨著切削路程的增加均不斷增大，但不同階段的磨損增（zēng）長率不同：初期磨損階（jiē）段4種切削方式後刀麵磨損率差別不大；正常磨損（sǔn）階段超聲切（qiē）削（xuē）與激光加熱切削磨損量（liàng）基本相同，而激光超（chāo）聲複合（hé）切削磨損量則明顯減小且持續時間較長；後期（qī）磨損階段，常規切削、超聲切削（xuē）及激光加熱切（qiē）削時刀具磨損（sǔn）速度較快，且磨損量明（míng）顯高於激光超聲複合切削。

圖6所示為切（qiē）削路程分別為283．4 m、368．3m和584．4 m時不同切削條件下（xià）的刀具磨損形貌圖。可以看出，4種切（qiē）削方式下刀具後刀麵均形成三（sān）角形狀的（de）磨損帶。在切削距離為283．4 m時（shí）刀具出現了較大程度的磨損，後刀（dāo）麵磨損帶內出（chū）現了沿切削方向的溝槽，且常規切削和激光加熱輔助切削時的磨損（sǔn）程度最為嚴重，其次（cì）是超聲振動切削，激光超聲複合切削時刀具後刀麵（miàn）磨損較輕。此時4種（zhǒng）切削方式下刀具均處（chù）於初（chū）期磨損狀態。

圖6 不同切（qiē）削距離時的（de）刀具磨損形貌(從左至右，切（qiē）削距離依（yī）次為283．4m、368．3、584．4m)切削距離為368．3 m時，4種切削方式下刀具後刀麵磨損帶寬（kuān）度（dù）逐漸增加，後刀麵磨損區域（yù）呈現平滑且（qiě）均勻的狀態。常規切削時後刀麵磨損帶寬度及長度明顯增加，超聲振（zhèn）動（dòng）切削時在刀具前刀麵近切削刃區域出現（xiàn）了明顯（xiǎn）的月牙窪磨損，激光加熱輔助切削時刀（dāo）具後刀麵（miàn）磨損區域（yù）近（jìn）切削（xuē）刃區域出現了明顯的溝槽，而激（jī）光超聲複合切削時（shí）刀具後刀麵磨損程度依然較輕（qīng）。此時（shí）刀具處於正常磨損階段。

切削距離達到（dào）584．4 m時，4種切削（xuē）條件（jiàn）下的刀具前、後刀麵磨損形貌分別如圖7、圖8所示。可以看出，刀具磨損程度繼續增加，刀具後刀麵磨損（sǔn）帶的寬度持續增大，且磨損帶內溝（gōu）槽的數量及深度均增加。其中，常規切削時磨損最為嚴重，前刀麵近切削刃處出現了（le）脆性剝落且後帶麵磨損帶內甚至出現了裂紋；超聲振動切削時由於刀尖部位受（shòu）高頻斷續衝擊，刀具前刀（dāo）麵近切削刃附（fù）近出現了片狀脫（tuō）落[181；激光加熱輔（fǔ）助切削時近（jìn）切削（xuē）刃處出現了崩刃（rèn）現（xiàn）象，且後刀麵磨損帶內的溝槽（cáo）深度較深。另外（wài），激光加熱輔助切削（xuē）及激光（guāng）超聲複（fù）合（hé）切（qiē）削時刀具（jù）後刀麵（miàn）磨損帶內均出（chū）現了不同程（chéng）度的“麻斑”現象。此時，激光超聲複合切削時刀具仍然處於正常磨損階段，而另外3種切（qiē）削方式（shì）下刀具均已處（chù）於劇烈磨損階（jiē）段。

圖7 切削距離為j84．4 m時的刀具前刀麵磨損形貌

圖8切削距離為584．4m時的刀具（jù）後刀麵磨（mó）損形貌

4．2 刀具磨損對工件（jiàn）表麵質量的影響

圖9所示為切削路程增加時不同切削方式下的（de）工件表麵（miàn）粗糙度。可（kě）以看（kàn）出，在相同的加工工藝參數下，從常（cháng）規切削、超聲（shēng）振動切削、激光加熱輔助切削到激光超聲複合切削（xuē），加（jiā）工後的（de）工件表麵粗糙（cāo）度值呈現減小的趨勢，激光超聲複合切削時表麵（miàn）粗糙（cāo）度值最小。試驗中，當切削距離為100．08 m時4種切削（xuē）方式下獲得的表麵（miàn）粗糙度值均最小，但與常規切削（xuē）、超聲振動切削以及激光超聲複（fù）合切削相比，激光超聲複合切（qiē）削所（suǒ）獲得的（de）表麵粗糙度Rn值分別降低約（yuē）68％、42％和14％，整個切削路程中獲得的表麵粗糙度平均值分別降（jiàng）低（dī）79％、60％和64％。

圖9不同（tóng）切削距離時的工（gōng）件表麵粗糙度

另外，隨著切削路程的增加，4種切削方式下的工件表麵（miàn）粗糙度值均增加，其中（zhōng）激光超聲複（fù）合切（qiē）削時工件表麵粗糙度值的變化較小。常（cháng）規切削時在切削距離（lí）達到（dào）444 m之前以及超聲振動切（qiē）削及激光超聲複合切削方式下切削（xuē）距（jù）離未超過584 m時，工件表麵粗糙度值隨（suí）著（zhe）切削距離的增加僅有小幅上升，說明刀具磨（mó）損處於平緩穩定的

圖（tú）11 不同切削距離時（shí）的（de）切削力

承受著高溫高壓的作用，擴散和氧化成為前刀麵磨損中的主要原因[1 9|。隨著切削距離的增加，刀具前後刀麵受到一定程度（dù）的磨損致使刀具的鋒利性下降，從而在一定程度上降低了前刀麵（miàn）上近切削刃處的應力集中；此外，切削過程中較小的切削用量以及工件材料（liào）的高硬度與（yǔ）低塑性的特性使得在刀（dāo）具前刀（dāo）麵上不會存留大量的切屑，使得切屑（xiè）底部與前刀麵（miàn）之間的相對運動對刀具前刀麵磨損的（de）影（yǐng）響較（jiào）小；但是，由於PCBN是（shì）由無數微小而無方（fāng）向性的CBN單晶組成（chéng），在CBN聚晶過程中（zhōng）通過觸（chù）媒或添加劑向材料中擴散進去的“雜質”(如Si、Ca、Cu等元素)存在於晶界間，致使晶界處的強度較低，聚晶體的實際強度遠低於其理論值，刀（dāo）具切削刃在切削力的作用下容易產生微小單晶顆粒（lì）脫落的現象，即微裂解，而多個CBN顆粒的剝落則形成了崩（bēng）刃（rèn）現象。

切削過程中刀具後刀（dāo）麵與（yǔ）工件已加工表麵之間的擠壓、摩擦、彈性（xìng）恢複以及相對運動形成了（le）兩者（zhě）之間（jiān）複雜的（de）相互作用力和較高的切削溫度。在切削的初始階段，刀具較好的（de）鋒利性使得後刀麵與已加（jiā）工表麵之間的實際接觸（chù）麵積較小，因此，兩者之間的作用（yòng）力較小。但（dàn）是，由於PCBN刀具由CBN顆粒和黏結相燒結而成，硬質合金中的硬質點對刀具後刀麵的（de）刮擦、研磨作用使得作為粘結相的金屬材（cái）料產（chǎn）生磨損，從而（ér）致使刀（dāo）具中的CBN顆粒突露出表（biǎo）麵，受到（dào）衝擊或因鬆（sōng）動，CBN顆粒很容易產生剝落。因此，在切削路程的初始階（jiē）段，磨（mó）粒磨損和粘接劑磨（mó）損成為刀具磨損的主要原因，從而導致刀具後刀麵呈現出分（fèn）布有不同程度凹坑和刀痕的磨損亮帶。隨著切（qiē）削距離的增加，後刀麵（miàn）與已（yǐ）加工表麵之間的實際接觸麵積以（yǐ）及後刀麵磨損量（liàng）均逐漸增大（dà），且後刀（dāo）麵磨損量的增加又使得刀具實際後角減小，再加上PCBN車刀較大的負倒棱前角使得切屑的流出方向幾乎接近後刀麵，這些因素導致刀具後刀麵承受的作用力（lì）明顯增加，而這又進一步降低了刀（dāo）具的磨損和工件表麵質量，刀具後刀麵（miàn）呈現（xiàn）出明顯的劃痕（hén）、凹坑以及（jí）麻斑現（xiàn）象。圖12及表3為4種（zhǒng）切削方式（shì）下通過SEM對PCBN刀具後刀麵磨損區域近切（qiē）削（xuē）刃處進行能譜分析結果。

圖12刀具後刀（dāo）麵磨損區域能譜

表3刀具後刀麵磨損區域能譜

分析圖12及表3，4種切（qiē）削（xuē）方式下元素（sù）質量分數的變化說明4種切削方式下刀（dāo）具與工件之間產生（shēng）了元素間（jiān）的相互擴散，這使得CBN的惰性不斷降低，與合金元素的親和傾（qīng）向增加，當刀具、切屑以及工件之間的作用力及溫度達到一定程度時，就產生了（le）PCBN刀具的黏接磨損，而刀具材料中金屬Ni的存在則會進一步增強三者之間的黏接強度（dù），從而加劇了黏接磨損，易導致切削刃（rèn）微崩刃或崩刃。同時，在激光加（jiā）熱（rè）輔助切削和激光超聲複合切（qiē）削時O元素的大幅增加說明切削過程（chéng）中較高（gāo）的溫度使得Co元素和空氣中的O元素發生化學反應以及CBN中（zhōng）的氮（dàn）元素會被氧元素替換，容易在刀具磨（mó）損邊緣形成氧化膜（mó），切削時受工件表麵冷（lěng）硬層及硬質點的連續擠壓摩擦，從而造（zào）成刀具後刀麵的氧化磨損，當磨損量達到一定（dìng）程度時，就會形成（chéng）氧化磨損溝槽。另外，PCBN刀具中B元素的大幅減小，特別是在常（cháng）規切削、激光加熱輔助切削及激光超聲複合切削時刀具後刀麵未能檢測到B元素，證明此處已被黏接的工（gōng）件材料覆蓋，刀具出現（xiàn）不同程度的黏接磨損（sǔn）。而超聲（shēng）切削及激光超聲複合切削時Ti、A1等元素的減小說明由於超聲高頻斷續衝擊的作用，刀具出現了不同程度的磨粒磨損。

因此，常規切削YGlO硬質合金時，磨粒磨損和黏（nián）接磨損是PCBN刀具的（de）主要磨損形式；超聲振動切削時，刀具（jù）的主要磨損形式為磨粒磨損；激光加熱輔助（zhù）切削時，刀具的磨（mó）損由黏接磨損和氧化磨損共（gòng）同作用產生；而激光超聲複合切削時，黏（nián）接磨損（sǔn）、氧化（huà）磨（mó）損和磨粒磨損（sǔn）共同導致了刀具的磨損。

5.結論

本文通過超聲振動切削和激（jī）光加熱輔助切削複合加工工藝，利用PCBN刀具（jù）對（duì）YGlo硬質合金進行了激光超聲複合超精密切削。結果表明：隨（suí）著切削路程（chéng）的增加（jiā），4種切削方式下（xià）的刀具磨損量（liàng）及工件表麵粗糙度值均增（zēng）加，其中激光超聲複合切削時變化較小。對比普通（tōng）切削、超聲橢圓振（zhèn）動切削和激（jī）光加熱輔助切削，激光（guāng）超聲複合切削YGlo硬質合金時PCBN刀具使用壽命明顯增加（jiā），工件加工後的表麵（miàn）粗糙（cāo）度平均值分別降低79％、60％和64％。普通切削（xuē）和超聲橢圓振動切削（xuē）硬質合金時PCBN刀具前刀麵上呈現出不同程度的脆性剝落和片狀剝落，而激光加熱輔助切削及激光超聲複合切（qiē）削硬質合金時PCBN刀具易於在刃口產生崩刃；4種切削（xuē）方式（shì）下刀具後（hòu）刀（dāo）麵磨損（sǔn）形式主要表（biǎo）現為三角形狀的磨損帶以及（jí）磨（mó）損表麵上的凹坑和劃痕，其中，激光超聲複（fù）合（hé）切（qiē）削（xuē）時磨損帶較窄且凹坑和劃痕（hén）較淺（qiǎn）。切削YGlo硬質合（hé）金時，PCBN刀具承受著機械、擴散、黏接（jiē）、氧化和微裂解的綜合作用，激光超聲複合切削YGlo硬質合金（jīn）時PCBN刀具的磨損主要是黏接磨損、氧化磨損（sǔn）和磨粒（lì）磨損共同作用的結果。

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