2 試驗方法

3 試驗結(jié)果及討論

1. 碳化硅顆粒尺寸對切削性能的影響
   在不同的切削參數(shù)條件下，用硬質(zhì)合金和高速鋼刀具切削復(fù)合材料和基體合金。試驗材料對刀具后刀面的磨損曲線如圖1、圖2所示。可見無論是高速鋼還是硬質(zhì)合金刀具，在相同切削參數(shù)下，復(fù)合材料對其后刀面的磨損量均比基體合金大。為了比較不同復(fù)合材料對刀具后刀面的磨損速度，把圖中曲線進(jìn)行一元線性回歸處理，其回歸方程的斜率即為該曲線對應(yīng)復(fù)合材料對刀具的磨損速度(mm/min)。
   曲線的回歸方程為：

   曲線1：VB=0.012+0.061t

   曲線2：VB=0.017+0.034t

   曲線3：VB=0.018+0.018t

   曲線4：VB=-0.0145+0.013t
   (a)

   曲線的回歸方程為：

   曲線1：VB=0.028+0.082t

   曲線2：VB=0.007+0.042t

   曲線3：VB=0.0216t

   曲線4：VB=-0.0038+0.0148t
   (b)

   
   1-10%SiC(80µm)， 2-5%SiC(80µm)， 3-10%SiC(14µm)， 4-5%SiC(14µm)， 5-ZL201
   圖1 高速鋼刀具后刀面磨損曲線
   曲線回歸方程為：

   #p#分頁標(biāo)題#e#曲線1：VB=0.015+0.045t

   曲線2：VB=0.0015+0.0285t

   曲線3：VB=-0.022+0.0152t

   曲線4：VB=-0.027+0.0096t
   (a)

   曲線回歸方程為：

   曲線1：VB=0.0012+0.058t

   曲線2：VB=0.030+0.030t

   曲線3：VB=0.015+0.0169t

   曲線4：VB=-0.015+0.0116t
   (b)

   
   1-10%SiC(80µm)， 2-5%SiC(80µm)， 3-10%SiC(14µm)， 4-5%SiC(14µm)， 5-ZL201
   圖2 硬質(zhì)合金刀具后刀面磨損曲線,dd>比較各圖曲線1、3和2、4的回歸方程斜率可知，碳化硅顆粒尺寸越大，復(fù)合材料對刀具后刀面的磨損速度也越快。特別是高速鋼切削10%SiC(80µm)復(fù)合材料時，刀具磨損很快，切削不到3分鐘，磨損量就超過0.2mm(圖1)。說明高速鋼切削粗顆粒碳化硅增強鋁合金復(fù)合材料是不合適的。切削細(xì)碳化硅顆粒復(fù)合材料時，其對刀具的磨損速度遠(yuǎn)小于切削粗顆粒復(fù)合材料。特別是對5%SiC(14µm)復(fù)合材料，高速鋼和硬質(zhì)合金刀具均可對其連續(xù)切削較長時間，而且允許比較高的切削速度。比較圖1和圖2相同切削參數(shù)下的同號曲線可知，復(fù)合材料對高速鋼刀具的磨損速度大于硬質(zhì)合金刀具。說明切削碳化硅顆粒增強ZL201合金復(fù)合材料時，硬質(zhì)合金刀具的耐磨性要比高速鋼優(yōu)良。這是因為碳化硅顆粒具有很高的硬度(HV2800)，顆粒在基體合金中的分布是無方向性、呈不連續(xù)分布。因此顆粒增強鑄造鋁合金復(fù)合材料具有各向同性。當(dāng)碳化硅顆粒粗大時，切削過程中易受刀刃的擠壓、撞擊而轉(zhuǎn)動、破碎、甚至脫落。這就加強了硬的碳化硅顆粒對刀具的磨損及刮劃作用，增大了刀具后刀面的磨損速度。而碳化硅顆粒越細(xì)小，其在基體ZL201中的分布越彌散，切削時顆粒容易在切削變形區(qū)隨基體變形，也可以在切削力作用下將細(xì)的碳化硅顆粒壓進(jìn)切屑中或已加工的工件表面，使刀具切削時，直接接觸碳化硅的幾率減小，從而減小對刀具的磨損速度，使常用的高速鋼W18Cr4V和硬質(zhì)合金YG6刀具也能較長時間切削細(xì)碳化硅顆粒增強ZL201基復(fù)合材料。硬質(zhì)合金比高速鋼有更高的硬度和耐磨性，在相同切削條件下，硬質(zhì)合金比高速鋼磨損速度小。
2. 碳化硅顆粒含量對切削性能的影響
   比較圖1、圖2中各曲線1、2和3、4可知，無論是14µm的碳化硅還是80µm的碳化硅，其復(fù)合材料中顆粒量越大，高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的磨損速度就越快。根據(jù)圖1a和圖2b，10%SiC(80µm)復(fù)合材料對高速鋼的磨損速度是5%SiC(80µm)復(fù)合材料的1.8倍；10%SiC(14µm)復(fù)合材料對硬質(zhì)合金刀具的磨損速度是5%SiC(14µm)復(fù)合材料的1.4倍。試驗中切削80µm碳化硅顆粒復(fù)合材料時，硬質(zhì)合金刀具前刀面上有細(xì)粉生成，碳化硅含量越大，形成的細(xì)粉狀物越多。這說明在切削復(fù)合材料時，部分碳化硅粗顆粒被刀具擠壓、破碎而飛濺到刀具前刀面上，形成細(xì)粉塵粒。部分細(xì)粉也可能是硬質(zhì)合金中的硬粒被復(fù)合材料中的碳化硅擠脫而生成的，碳化硅顆粒含量越大，對刀具的磨損就越嚴(yán)重。而切削細(xì)顆粒碳化硅復(fù)合材料時，很少見到細(xì)粉出現(xiàn)。根據(jù)顆粒增強金屬基復(fù)合材料的強化機制，對細(xì)顆粒增強復(fù)合材料，碳化硅顆粒含量越大，復(fù)合材料的硬度及耐磨性越好，對刀具的磨損速度也就越快。
3. 復(fù)合材料已加工表面的粗糙度
   比較圖1和圖2中同號曲線可知，同一種復(fù)合材料，切削加工參數(shù)②條件下對刀具的磨損速度比參數(shù)①條件下快，碳化硅顆粒尺寸越大，這種差別越大。這是由于切削速度不同所致，切削參數(shù)②的切削速度大，碳化硅硬顆粒對刀具的撞擊、磨損機會越多，刀具的磨損速度也就越快。 #p#分頁標(biāo)題#e#
   觀察復(fù)合材料切屑表明，碳化硅顆粒尺寸對復(fù)合材料的切屑形狀也有影響。顆粒尺寸越大，切屑越短，底面越不連續(xù)，橫裂紋越多，橫向變形越明顯，切屑外觀越粗糙。碳化硅顆粒越細(xì)小，切削連續(xù)性越好，切屑底面越平整，橫裂紋越少。兩種參數(shù)條件下復(fù)合材料已加工表面的粗糙度Ra值如圖3所示。由圖可知，碳化硅顆粒尺寸越大，復(fù)合材料的表面粗糙度越大。對碳化硅粒徑為80µm的復(fù)合材料，粗糙度隨碳化硅顆粒含量的增大而增大；而碳化硅粒徑為14µm復(fù)合材料，粗糙度隨碳化硅顆粒含量增大而減小。這是因為在切削過程中，復(fù)合材料中的粗碳化硅顆粒受刀具的擠壓容易破碎和脫落，增大了切削過程中的機械摩擦，使已加工復(fù)合材料表面粗糙度增大。而復(fù)合材料中細(xì)碳化硅顆粒易被壓入切屑和已加工工件表面，且復(fù)合材料的硬度隨碳化硅含量增加而增大，使細(xì)碳化硅顆粒的復(fù)合材料粗糙度隨顆粒含量的增加而減小。

(a)高速鋼刀具切削

(b)硬質(zhì)合金刀具切削

4 結(jié)論

1. 高速鋼或硬質(zhì)合金刀具可對細(xì)碳化硅顆粒的ZL201合金復(fù)合材料進(jìn)行連續(xù)較長時間切削，而不宜切削加工粗碳化硅顆粒的ZL201合金復(fù)合材料。
2. 碳化硅顆粒含量越大，復(fù)合材料對高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的磨損越快。在相同條件下，復(fù)合材料對高速鋼刀具的磨損速度大于硬質(zhì)合金刀具的磨損速度。
3. 碳化硅顆粒尺寸越大，復(fù)合材料加工表面的粗糙度越大，且隨顆粒含量的增加而增大；碳化硅顆粒細(xì)小，復(fù)合材料加工表面粗糙度小，且隨顆粒含量增加而減小。
4. 碳化硅顆粒增強ZL201合金復(fù)合材料對高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的主要磨損為磨粒磨損。