論文翻譯--評價加工SiCp-Al2014基合金復(fù)合材料時刀具磨損

評價加工 SiCp Al2014基 合金 復(fù)合材料時刀具磨損  Ibrahim Ciftcia, Mehmet Turkerb,*, Ulvi Sekerb aGazi  文摘  SiC 金屬復(fù)合材料 (間 )包含兩個不同級別的 SiC 顆粒 (8和 16 wt %)的意味著粒子大小 30、 45和 110 微米，使用熔融攪拌，擠壓鑄造路線制備 。 復(fù)合材料 加工測試 是 使 用膠版紙和三層涂層硬質(zhì)合金在一個恒定的進給速度和切削深度切削刀具在不同切削速度 下 以 一個恒定的進給速率和 切削 深度 切削 。 該測試主要研究切削速度和刀具涂層對刀具磨損的影響 。此外 ,表面粗糙度測量 是 對 已 加工表面進行。強化粒子尺寸及其重量分?jǐn)?shù) 和 切割速度是刀具磨損的主要影響因素。涂層硬質(zhì)合金刀具的表現(xiàn)比不加涂層的硬質(zhì)合金刀具 耐 磨損。然而 ,未涂層刀具產(chǎn)生更好的表面光潔度 即產(chǎn)生更低的 Ra 值 ，尤其是在較低的切削速度 。 雖然該工具磨損機理仍然是 一種磨損 ，詳細(xì)檢查掃描電子顯微鏡（ SEM）下的切削刃的顯示，更高的切割速度導(dǎo)致了邊緣碎裂。  關(guān)鍵詞 ： 刀具磨損、表面粗糙度、加工 ,金屬基復(fù)合材料   1 引言     在 材料科學(xué) 方面 相當(dāng)多的研究 表明， 新 發(fā)展的輕質(zhì)量 工程材料具有高的強度和剛度 ，有良好的耐熱性和延展性 ， 抗 疲勞和耐磨損性。這是因為，先進的汽車和航空航天技術(shù)需要這些材料以提高性能。 目前來看在 單片的鈦，鋁和鎂合金 上這些性能是無法實現(xiàn)的 。與此相反，金屬復(fù)合材料（ MMC）已證明其潛能， 用來實現(xiàn)性能跳躍性發(fā)展  1,2。   由于他們 比 單片合金優(yōu)異的性能，金屬復(fù)合材料 受 到了可觀關(guān)注 3。然而，由于 硬質(zhì)陶瓷的存在顆粒使得它們極 難加工， 它們會導(dǎo)致刀具迅速磨損。雖然 嘗試了 消除機械加工操作，如 近凈成形 和 環(huán)氧改質(zhì)澆鑄 ，它們是有限 的， 因此加工仍然是 元件制造 一個不可分割部分。此外，對于許多組件，生產(chǎn) 零件良好的表面光潔度 是 至關(guān)重要 的  4 7  對 顆粒增強金屬復(fù)合材料的 切削加工性 發(fā)表的文獻表明，只有聚晶金剛石刀具（ PCD） 在 加工這些材料如 PCD 是比氧化鋁和碳化硅（ SiC ）更 硬 ，不具有化學(xué)傾向與 工件發(fā)生 反應(yīng) 材料 時， 可以 提供一個 較長的 的工具壽命。然而，由于PCD 刀具的成本極高， 人們也在用 如硬質(zhì)合金，陶瓷 等 便宜 一些 的工具 加工 這些材料。在很低的切削速度和高進給率加工 時，陶瓷刀具 壽命可以達到與硬質(zhì)合金工具 壽命，因此是人們不能接受的  4,8 11。因此，  對于小批量生產(chǎn) 硬質(zhì)合金 刀具 可以是一個 不錯 的解決方案 12。   很明顯從現(xiàn)有的文獻 是加固體積分?jǐn)?shù)和其在復(fù)合材料的大小對刀具磨損9 ， 13和 14的最重要的因素，但尚未涉及到鋼筋的影響相對較少的作品體積分?jǐn)?shù)和其大小的報告。本工作的目的是打開的 SiC 增強 2014鋁合金的 MMC 與未涂層和涂層硬質(zhì)合金刀具在調(diào)查的體積分?jǐn)?shù)和尺寸的影響以及對刀具磨損的切削速度。  從現(xiàn)有的文獻 可以看出 ，增強體積分?jǐn)?shù)及其在復(fù)合材料的大小 對刀具磨損 有顯著的 影響 9,13,14，但相關(guān) 增強 體積分?jǐn)?shù)和 及其在復(fù)合材料中大小比重的只有很少一部分涉及 。本工作的目的是調(diào)查切削速度 和 SiC 體積分?jǐn)?shù)和它的大小對刀具磨損的影響 ，同時 比較用 SiC 增強 2014鋁 MMC 涂層和非涂層硬質(zhì)合金刀具 磨損 。這項工作還考察了涂層對刀具磨損的影響。  2 實驗方法     包含兩個層次的不同平均粒徑的 SiC 顆粒（ 8 和 16 wt  ）六 種 不同的金屬基復(fù)合材料尺寸 30 ，  45 和 110 m 的使用熔融攪拌，擠壓鑄造路線編制?；|(zhì)材料為 2014 鋁合金?；|(zhì)的化學(xué)組成和制備的復(fù)合材料的清單列于表 1 和表2 中。  表  1 基質(zhì)組成    表  2 制備復(fù)合材料的清單      所有的熔點進行了在石墨坩堝中的電阻爐中在 氬氣氛下。基質(zhì)合金的計量的量加入到該坩堝和爐功率被提上。最初，將爐子溫度升高至 725 并在該溫度下保持到基體材料完全熔化。然后，它被降低到 675  ， 把 顆粒摻入。 在 前 顆粒中 ，  0.5wt的 Mg 也被加入以提高潤濕性。在 675 時，石墨葉輪開始轉(zhuǎn)動和預(yù)熱至 1000  2 小時，表面被氧化 的 SiC 顆粒，分別加入以均勻的速率。在此階段，將溫度逐漸升高到 725  ，以改善混合漿料的流動性。顆粒加料完成后，繼續(xù)攪拌 5 分鐘以上。     當(dāng)攪拌完成后，將混合漿料倒入預(yù)熱的鋼模具。模具被放置在液壓機的床和漿液被擠壓直到 40 兆帕的壓力下發(fā)生完全固化。復(fù)合材料的顯微組織示于圖 1。     圖  1    六種不同的 MMC 試樣的顯微組織           加工測試由 MMC 標(biāo)本的圓柱形單點連續(xù)轉(zhuǎn)彎的數(shù)控車床 DYNA 進行。工件標(biāo)本長 120 mm 及直徑 28 毫米 。在測試過程中 不 使用冷卻液。加工試驗共進行涂層（  TiC 的，  氧化鋁 和氮碳化鈦）和膠版紙推薦牌號的硬質(zhì)合金刀具三層。該工具是商業(yè)牌號刀片，三菱硬質(zhì)合金與 SPMN 120308 的幾何形狀產(chǎn)生的。該刀片， 固定 在一個剛性刀柄 上 。它的代碼是 ISO 5608 SSBCR -2020- K12 。這樣形成的刀具切削角度是 側(cè)傾角 5 ，后傾角 0 和側(cè)間隙角 6 。插入件有UC5005 和 HTI10 三菱硬質(zhì)合金這相當(dāng)于在 ISO K10 級。     切削 速度范圍從 20 到 80 米 每 分鐘。切 削 速度 以 20 米 每 分鐘增加。進料速度和切削深度被 保持固定，  0.12 毫 每轉(zhuǎn) 和 1 毫米。通過使用 用來 測定表面光潔度 的 三豐 SURFTEST 211 儀器 和 一個工具顯微鏡 來 測定刀具后刀面磨損的。磨損的切削工具 在 掃描電子顯微鏡（ SEM）下觀察。所有的測量都是 在 金屬切削材料 （  1250 立方毫米）  30 和 45 微米的顆粒增強金屬基復(fù)合材料體積固定后進行。但是，由于高的磨損率對 110 微米的顆粒增強的 MMC 金屬去除的量減少到 0.625 立方毫米 。  3 結(jié)果與討論    將 各種切削條件下的四個不同的金屬基復(fù)合材料用的未涂覆和涂覆硬質(zhì)合金刀具的刀具磨損數(shù)據(jù)分別 記錄 于圖 2（ a ）和（ b ）， 圖如下 。但應(yīng)注意的是，后刀面磨損 /切割速度的這些曲線顯示了磨損的幅度在工件材料固定體積后 以 一個恒定的進料速率和 背刀吃量 的 情況 。因此，這些都不是通常意義上的后刀面磨損的曲線，在該后刀面磨損被繪制為切割時間在一個固定的切割速度的函數(shù)。然而，當(dāng)它們被用來從被調(diào)查的金屬基復(fù)合材料去除的固定體積材料 時， 這些曲線會 清楚地表明未涂層和涂層硬質(zhì)合金刀具的 不同特性 。                圖 2 （ a）  后刀面磨損（ mm)/切削速度 (m/min) 曲線                圖  2 （ b）  后刀面磨損（ mm)/切削速度 (m/min) 曲線     由于較大的顆粒尺寸在 8 wt% 110 mMMC， 會出現(xiàn)更嚴(yán)重的刀具磨損 ，因此金屬切除率從 1250 立方毫米減少到 625 立方毫米。這種期望在測試過程中和測試在所有的切削速度后測得的非常高的后刀面磨損值， 出現(xiàn)刺耳的噪聲 。  雖然金屬切除率降低至 625 立方毫米 時，與未涂層和涂層刀具車削此 MMC 時開發(fā)的后刀面磨損值車削用相同的重量分?jǐn)?shù)，但 30 和 45 m 碳化硅顆粒增強金屬基復(fù)合材料的時候超過了 這些發(fā)展 。當(dāng)以最低的切削速度轉(zhuǎn)動 此 MMC 中，經(jīng)涂覆的工具 連續(xù)切削 0.36mm 后刀面磨損，并將它與增加切割速度增加。在 80立方米 每 分鐘切割速度，相同的 刀具切削 0.95mm 后刀面磨損。同樣，在刀具磨損方面，碳化物涂層無涂層優(yōu)于硬質(zhì)合金刀具在所有的切削速度。進行了  16 wt% 110 m 增強 MMC 后 ，沒有進一步的測試， 在 8 wt  -110mm MMC 加工 出現(xiàn) 非常高的刀具磨損。      對于所有加工的金屬基復(fù)合材料，涂層硬質(zhì)合金刀具的后刀面磨損比未涂層硬質(zhì)合金刀具 小 。刀具磨損 隨著 切削速度 增大而增大 ， 隨 顆粒大小和顆粒重量分?jǐn)?shù) 增大而增大 。后刀面 磨損被認(rèn)為是主要的磨損模式而主要的磨損機制仍然是磨蝕 。這些發(fā)現(xiàn)與先前的研究 一致 8和 15 。詳細(xì)檢查在 SEM 下切削刃的顯露邊緣碎裂在較高的切削速度下， 如 圖 3 。   圖  3  SEM 照片顯示在 20和 80米每分的 速度涂層和 非涂層刀具磨損的切削刃。  雖然涂覆碳化物刀具磨損的所有機加工的材料方面具有更好的性能，顯微鏡檢查表明，該涂層被磨掉完全在切削區(qū)。這就是為什么，涂層刀具的更好的性能不能完全歸因于涂層。因此，可以說，有 其他 改進的涂層刀具的耐磨損性等因素?？窭?說 4 ，即使是在完全磨損涂層的通過在基板上的情況下，  TiC 薄膜有助于減少后刀面磨損。 由于 比硬質(zhì)合金困難， TiC 可以 提供某種保護，防止磨損。那是因為，  TiC 薄膜的部分被轉(zhuǎn)移到切削區(qū)。這可能是一個解釋為什么切割含有硬質(zhì)顆粒的工件材料時涂覆碳化物表現(xiàn)出比未涂覆的那些更好 的性能。  涂層刀具更大的和更穩(wěn)定的建成邊緣（ BUE ）可能是 涂層刀具有比未涂層刀具更好性能的原因 。那是因為，積屑瘤的存在在一定條件下被示為保護刀面16。  Looney 10 ， Ozcatalbas 17和 Barnes 18 等 人認(rèn)為 積屑瘤 在 加工顆粒 較大 金屬基復(fù)合材料與硬質(zhì)合金 材料 ，尤其是在較低的切削速度時 形成 。從圖2 可以 看出  ， 金屬切削量 保持相同 時 隨切削速度 增大 刀具磨損增加。這一發(fā)現(xiàn)是與眾所周知的現(xiàn)象一致認(rèn)為，在環(huán)境溫度下，增加在增加切削區(qū)的溫度導(dǎo)致的BUE 從而降低其硬度和穩(wěn)定性 高應(yīng)變材料 的再結(jié)晶的切削速度結(jié)果在加工過程中 18 。 對于涂層刀具 ，如在 SEM 圖像（圖 3）所示的略倒角邊緣可 能 是形成較大的積屑瘤的另一個原因 19。  記錄的兩個切削工具的表面粗糙度值（ Ra）為示于表 3，在大多數(shù)情況下，未涂覆的碳化物產(chǎn)生比涂覆碳化物更好的表面光潔度。但是，在更高的切削速度這一趨勢逆轉(zhuǎn)，涂層硬質(zhì)合金制作更好的表面光潔度。這可以通過在 80 米 /分的切削速度邊緣崩裂相關(guān)聯(lián)，如圖所示的 SEM 顯微照片（圖 3）  。   表  3   涂層刀具加工產(chǎn)生較大的可以歸因于涂層刀具產(chǎn)生比未涂層刀具更大的建成邊緣 。這是因為，有時表面光潔度差 可以是建成邊緣存在的標(biāo)志 ， 而 積屑瘤的存在通常是從快速停止部分的研究 來確定的 16  4 結(jié)論  對 通過熔融攪拌，擠壓鑄造技術(shù)生產(chǎn)的鋁金屬基復(fù)合材料 SiC 顆粒采用未涂層和涂層硬質(zhì)合金刀具加工 ， 可以從這項研究中可 以得出：  1，加強粒徑和其重量分?jǐn)?shù)連同切削速度是影響刀具壽命的主要因素。磨損是主要的工具機制雖然邊緣碎裂，觀察到更高的切削速度。  2.涂層 刀具比未涂層刀具 加工材料時在刀具磨損方面有 更好的 性能 。它們 這個 更好的性能可以歸因于涂層和 形成了 更大的和更穩(wěn)定的建成邊緣（ BUE ）。  3.大多數(shù)的情況下，未涂層刀具 加工 產(chǎn)生更好的表面光潔度，特別是在較低的切削速度。在 較高 的切削速度 下 ，他們 加工產(chǎn)生 比涂層刀具較差的表面光潔度。表面光潔度的 大幅 下降可以歸因于 在更高的切削速度下 邊緣碎裂。   參考文獻  1Inem B.  鎂基 碳化硅的結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)展增強復(fù)合材料。  博士論文。 School of Materials, University of Leeds； 1993 2 Jawaid A, Barnes S, Ghadimzadeh SR. 粒狀鋁碳化硅金屬基復(fù)合材料的鉆削  復(fù)合材料學(xué)術(shù)研討會（ 1992）  3 Cole GS, Sherman AM. 面向汽車應(yīng)用的輕質(zhì)材料  Mater Charact 1995  4 O. 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