SiCp2fAl复合材料铣削加工工艺参数的优化实验研究.pdf

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1、$ic／AI复合材料铣削加工工艺参数的优化实验研究口赵德良·口张高峰：口李谟旺21．株洲南车时代电气股份有限公司电力电子事业部湖南株洲4120012．湘潭大学机械工程学院湖南湘潭41i105摘要：SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCdAl复合材料)因具有优良的力学性能而在航天航空、汽车等领域应用广泛。现采用硬质合金立铣刀在五轴联动加工中心对SiCdAl复合材料进行铣削加工．通过正交试验，分析了主轴转速、进给量、切削深度对铣削力、表面粗糙度的影响；从材料去除率、加工表面质量等方面考虑．得到了所选参数范围内较优的铣削加工工艺参数组合：主轴转速5000

2、r／min．切削深度lmm。进给量0．02mrrdz。关键词：SiCr／Al复合材料硬质合金铣刀材料去除率表面粗糙度中图分类号：THl62；TB33文献标识码：A文章编号：1000—4998(2012)08—0075—03SiCp／AI复合材料具有高比强度、高比刚度、优良的耐磨性、良好的导热性、低热膨胀系数、良好的尺寸稳定性等优良特性。因而在航天航空、汽车、电子等领域广泛应用⋯。由于硬质SiC颗粒的存在。SiCdAl复合材料的加工变得更为困难[21。目前．国内外众多-W-者x寸SiCdAl复合,ggt的切削加工进行了研究。但大都集中在车削实验研

3、究领域。铣削加工研究较少。金刚石刀具价格昂贵，而且加工效率不高，但硬质合金刀具又被认为是粗加工以及半精加工该材料合适的选择[“J。本文采用硬质合金立铣刀对SiCdAl复合材料进行正交铣削实验，通过极差分析法对实验数据进行分析，分析铣削参数(主轴转速、进给量、切削深度)对铣削力、加工表面质量的影响。从加工效率、加工表面质量、切削力等方面考虑。得到了所选参数范围内较优的加工工艺参数组合，这对SiCa／AI复合材料的铣削加工有一定指导意义。1实验条件与方案1．1实验设备与仪器本实验采用的机床是德国DMG公司生产的五轴联动加工中心DMU8叮．刀具是株洲

4、钻石切削刀具有限公司生产的硬质合金整t#---刃铣刀。铣刀直径d=12mm．铣削方式为干切削顺铣。铣削过程中，采用Kisfler测力仪对切削力进行在线测量．实验装备如图1所示。采用表面粗糙度仪测量试件表面粗糙度．每个试件测量5次，取平均值作为测量结果。1．2实验材料本实验采用喷射沉积法制备的SiCP，Al复合材料，其成分与质量百分比为20％Si、3％Cu、1％Mg、0．5％Mn，收稿日期：2012年3月盐0tOtUttf50卷第576期其余为A1。SiC颗粒平均粒径为14lzm，体积含量为15％。抗拉强度为170MPa．硬度为82HB，密度为2

5、．36g／em3．试件尺寸为20mmxl0mmx8mm。1．3实验方案本实验研究硬质合金刀具铣削加工颗粒增强铝合金过程中主轴转速n、切削深度％、进给速度厂对铣削力、加工表面质量的影响以及切削用量参数的较优组合。当主轴转速17,、切削深度％、进给速度．厂这3因素各取4水平时．对于3因素4水平无交互影响的情况。全组实验需要64次，而正交实验只要16次。显然，正交试验法能减少试验次数．同时能够获得足够的参数[5】。选择切削用量时必须考虑的因素有：刀具磨损、加工表面质量。主轴转速越高。刀具使用寿命越短，切削深度越深、进给量越大．切削力越大，会使刀具磨损

6、增大，刀具破损后加工表面质量会恶化。本文采用常规主轴转速2000～5000r／rain．由于硬质颗粒的加入，材料力学性能较铝合金明显提高。切削深度及进给量不宜太大，具体数值见表l。2012／8画表I正交试验因素水平表计。rd(r·min。)or／mm∥(mm·z。。)l2000O．20．0l2300lo0．4O．02340000．80．0445Ooo1．O0．062实验结果及分析通过测力仪对切削力的在线测量．以及表面粗糙度仪对加工表面粗糙度的测量，得到SiCr／AI复合材料的正交铣削实验结果．如表2所示。表2正交铣削实验结果表序号％{￡，NF／

7、NF，NR。／IxmM／(mm3／min)l1l13．8lO．280．55122l243．331．514．10．70483l3101．186．316．51．071924l4129．2115．2221．2536052l220．515．210．30．603662123．321．512．30．4l4872349787．517．21．11576824399．195．720．51．0036093l326．819．714．30．6596lO32454．544．516O．83288ll3l55．745．212．2O．25961234270．55517．60．

8、34240134l424．523．814．5O．81801442333．628．4130．742401543261．15I．313．80．292401