高速铣削SiC_p_Al复合材料时聚晶金刚石刀具的磨损机理-.pdf

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1、第１９卷第１２期光学精密工程Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．１２２０１１年１２月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｃ．２０１１文章编号１００４－９２４Ｘ（２０１１）１２－２９０７－１２高速铣削ＳｉＣ／Ａｌ复合材料时ｐ聚晶金刚石刀具的磨损机理葛英飞１＊，徐九华２，傅玉灿２（１．南京工程学院机械学院，江苏南京２１１１６７；２．南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６）摘要：采用聚晶金刚石刀具（ＰＣＤ），以６００～１２００ｍ／ｍｉｎ速度对ＳｉＣｐ／２００９Ａｌ复合材料进行了高速铣削试验，研究了铣削时ＰＣＤ刀具的磨损机理。使用扫描电镜（ＳＥＭ

2、）观察加工材料表面和刀具前／后刀面磨损带，Ｘ射线衍射仪分析已加工表面物相，并使用能谱（ＥＤＳ）和激光拉曼谱对后刀面磨损带进行元素分析。结果表明，增强颗粒碳化硅的高频刻划和冲击是导致刀具晶粒脱落、磨粒磨损、崩刃、剥落的主要机制，切削高体积分数增强铝基复合材料、经热处理的复合材料或使用更高的切削速度时，ＰＣＤ刀具会产生明显微裂纹。另外，增强颗粒体积分数是影响ＰＣＤ刀具磨损的最显著因素，增强颗粒尺寸、工件材料热处理状态、刀具材料晶粒尺寸和冷却条件对刀具磨损均有显著影响。ＰＣＤ刀具刀的寿命在７０～２４０ｍｉｎ之间。结论认为，增强颗粒机械冲击、切削振动和热冲击的综

3、合作用是刀具产生微裂纹的主要原因。在高速铣削时的高温、高压下，工件材料中的铝元素和铜元素会向刀具有一定程度的扩散，ＰＣＤ刀具在铜元素的催化作用下会发生轻微的石墨化磨损。关键词：颗粒增强铝基复合材料；高速铣削；聚晶金刚石刀具；磨损形态；磨损机理中图分类号：ＴＧ５０６．２；ＴＧ１１３．２６文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１１１９１２．２９０７ＷｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＰＣＤｔｏｏｌｉｎｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｍｉｌｌｉｎｇｏｆＳｉＣｐ／Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ１＊，ＸＵＪｉｕ－ｈｕａ２，ＦＵＹｕ－ｃａｎ２ＧＥＹｉｎｇ－ｆｅｉ（１．Ｓｃｈｏ

4、ｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１６７，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｆｅｉｇｅ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：ＭｉｌｌｉｎｇｔｅｓｔｓｆｏｒＳｉＣｐ／２００９Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｅｒ

5、ｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌＤｉａｍｏｎｄ（ＰＣＤ）ｔｏｏｌｓａｔｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆ６００－１２００ｍ／ｍｉｎａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｏｏｌｗｅａｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉ－ｇａｔｅｄ．ＡＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｘａｍｉｎｅｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｄｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｔｏｏｌｗｅａｒｌａｎｄ，ａｎＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ（ＸＲＤ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｏｎｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｄｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈ

6、ｅｌａｓｅｒＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａａｎｄＥｎｅｒｇｙＤｅｎｓｉｔｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（ＥＤＳ）ｗｅｒｅｔａｋｅｎｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｌｅ－ｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｔｏｏｌｗｅａｒｌａｎｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｏｏｌｇｒａｉｎｂｒｅａｋｉｎｇ－ｏｆｆ，ａｂｒａｓｉｖｅｗｅａｒ，ｃｈｉｐ－ｐｉｎｇａｎｄｔｈｅｐｅｅｌｉｎｇｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｍｐａｃｔａｎｄｔｈｅｓｃｒａｐｔｏｆＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｔｈｅｐｒｅｖａ－收稿日期：２０１１－０３－２５；修订日期：２０１１－０５－２６．基金项

7、目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（Ｎｏ．２００９ＡＡ０４Ｚ１１６）；航空科学基金资助项目（Ｎｏ．２００９０３４３００６）；江苏省高校自然科学基金资助项目（Ｎｏ．０９ＫＪＢ４６０００４）２９０８光学精密工程第１９卷ｌｅｎｔｗｅａｒｐａｔｔｅｒｎｓ．Ｗｈｅｎｈｉｇｈｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｏｒｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｍｉｌｌｅｄ，ｏｒｔｈｅｍｉｌｌｉｎｇｉｓａｔａｈｉｇｈｅｒｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｍｉｃｒｏ－ｃｒａｃｋｓｗｉｌｌｆｏｒｍｏｎｔｈｅＰＣＤｔｏｏｌｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｖｏｌｕｍｅｆｒ

8、ａｃｔｉｏｎｓ，ａｖｅｒａｇｅｓｉｚｅｓｏｆＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｏｏｌｇ