外文翻譯--ALSiC顆粒金屬基復(fù)合材料的加工 中文版

AL/SiC 顆粒金屬基復(fù)合材料 的 加工 摘要 盡管 金屬基復(fù)合材料顆粒 具 有優(yōu)越的機(jī)械 性能 和熱 性能， 但是有限的切削性卻 一直 使 金屬部件的替代 受到很大的 威懾。 在加工過(guò)程中， 增強(qiáng) 硬磨料 的 相時(shí)會(huì)導(dǎo)致 加工工具 的快速磨損 ，因此， 會(huì)產(chǎn)生 較高的加工費(fèi)用。 一系列 高速轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試 只為 選擇最佳刀具材料，刀具幾何形狀和 切削參數(shù) 來(lái) 車(chē)削含有 20%的 SiC/AL 金屬基復(fù)合材料。結(jié)果表明 ,多 晶金剛石工具（ PCD） 與 氧化鋁和涂層硬質(zhì)合金工具 相比，可以 提供 給 用戶 滿意的刀具壽命 。 其中 在 金屬基復(fù)合材料的加工下研究過(guò)程中 ， 后 面一種材料的 工具 更容易 受到過(guò)度 的邊緣 碎屑 和月牙洼磨損。此外， PCD 刀具的成本可 通過(guò) 在干切削進(jìn)給量 f=0.45mm，切割速度 V=894 m/s 與 切削 深度為 1.5 毫米 時(shí) 被鑒別 。 與這些切削參數(shù)類(lèi)似 , 在刀具上形成 相對(duì)較小 的 累積起來(lái) 邊緣，會(huì)很好的 保護(hù)它免受進(jìn)一步 邊緣上 工具的磨損和 磨損。具有零度前角和較大刀具半徑的多晶硅刀具大多被用于粗加工 。 關(guān)鍵詞 ：金屬基復(fù)合材料，刀具磨損 1 簡(jiǎn)介 一組新形式的 金屬 基復(fù)合材料（ MMCs）已 受 到大量的研究，因?yàn)樵?20 世紀(jì) 80 年代 早期的試驗(yàn)工程材料 中， 最流行的 材料 為硅 ， 碳化硅 ， 氧化鋁 ， 鋁，鈦 ， 磁性地層 ，其中 鈦和鎂合金是常用的基體相。大多數(shù)金屬?gòu)?fù)合材料密度約為三分之一 。在 鋼鐵行業(yè)，由于這些潛在 高強(qiáng)度和剛度 吸引力再加上 在高溫 無(wú)法工作 的 性能， 導(dǎo)致 金屬基復(fù)合材料競(jìng)爭(zhēng) 非常嚴(yán)峻。 在航空航天和汽車(chē)應(yīng)用 中， 高溫合金，陶瓷，塑料 被 重新設(shè)計(jì)的鋼件。后者 中的 材料，操作方法 比 以往任何時(shí)候都 不 可能 有太多的 進(jìn)步 ， 今后 仍然不可避免。 有人對(duì) 金屬基復(fù)合材料 微粒 （ PMMCs）特別感興趣， 不只是 因?yàn)樗麄儽憩F(xiàn)出較高的延性和金屬基復(fù)合材料向異性。此外， PMMs 提供 了 卓越的耐磨性。雖然許多工程元件制成 PMMCs 是由形狀近 乎 成形和 精進(jìn)的 鑄 造工藝， 但是 他們需要 這些 系列， 其中 荷蘭國(guó)際集團(tuán)達(dá)到 了 預(yù)期的尺寸和表面光潔度。 PMMCs 加工提出了重大挑戰(zhàn)，因?yàn)?加固材料的 數(shù)量明顯比常用 高速鋼（ HSS）和硬質(zhì)合金工具 更難。 因此 ， 鋼筋相磨具磨損快的原因 ， 普遍 是因?yàn)?使用的 PMMCs，其 明顯阻礙其加工性 和 高加工成本。 文獻(xiàn)綜述 從現(xiàn)有文獻(xiàn)上很明顯 看出 PMMCs 的性能 ， 密度（克 立方 厘米） 2.77 熱導(dǎo)率（ 卡爾 厘米 秒 K 在 22C 0.47 比熱 （卡爾克 k） 100 0.218 200 0.239 300 0.259 平均熱膨脹系數(shù) 50 100 17.5 50 300 21.1 50 500 21.4 極限強(qiáng)度 （ MPa ） 262 屈服強(qiáng)度（ MPa ） 21.4 伸長(zhǎng)率（） 1.9 彈性模量（ GPA） 98.6 洛氏硬度（ B） 671.5 表 1 典型的 F3S.20S 物理性能 特性 的形態(tài)，分布和數(shù)量的增強(qiáng)相分?jǐn)?shù)，以及矩陣的性質(zhì)，都是影響因素，整體切割工藝相對(duì)較少，但尚未涉及到工程的生產(chǎn)力 的 工藝優(yōu)化 。 例如，莫納亨研究在加 入 25碳化硅 和 鋁硬質(zhì)合金刀具的磨損機(jī)理 。 PMMC 在速度 低于 20 米 每 分鐘 時(shí)的 加工 速度開(kāi)發(fā)了一種工具壽命的關(guān)系 ， 為硬質(zhì)合金刀具加工過(guò)程中碳化硅 和 鋁 PMMCs 在 速度低于 每 分鐘 100 米 時(shí)。 然而，文獻(xiàn)的作者建議的內(nèi)置式邊現(xiàn)象，是在觀察期間碳化硅加工進(jìn)一步研究鋁 PMMCs。 Reillyet 等排名刀具磨損方面的各種刀具材料，然而，他們的切削用量不超過(guò) 每 分鐘 125 米和 f=1.0mm，這是取得使用立方氮化硼工具。類(lèi)似測(cè)試結(jié)果報(bào)告了布倫等 在 有關(guān)刀具的磨損率，主要是由于磨損 涉及 到刀具的硬度。 Winery 歸因于碳化物耐磨工具，打磨表面上形成氧化鋁顆粒擦在芯片的流動(dòng)方向的工具。不過(guò)，拉 伸 SiC 顆粒也有可能導(dǎo)致同樣的效果，碳化硅顆粒 硬度大于 WC。托馬茨認(rèn)為少于氧化鋁和碳化硅的硬度涂層提供碳化硅加工過(guò)程中幾乎沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)：鋁 PMMCs。 布倫提出使用較低的切削速 度，減少切削溫度， 從而加速擴(kuò)散和粘著磨損和熱削弱工具。由于鋁 的工具面和晶界自扣押的地點(diǎn)，作者建議使用硬質(zhì)合金工具與大的晶粒尺寸。 一些研究者表明，多晶金剛石（ PCD）的工具是唯一的工具伴侶 -里亞爾，它是提供一個(gè)有用的工具，能夠生活在鋁 PMMCs 在 SiC 的加工。 PCD 是難比 Al2O3和 SiC 和不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)傾向與工件材料。托馬茨比較了化學(xué)氣相沉積法（ CVD）插入到錫，鈦（ CN）和氧化鋁涂層刀具的性能?；瘜W(xué)氣相沉積工具提供更好的整體比其他工具的性能。 Lane 研究了不同的心血管疾病的工具，薄，厚的薄膜的性能。根據(jù)他們的觀察，化學(xué)氣相沉積薄膜的工具與失敗在這 20碳化硅端銑災(zāi)難性的鋁 PMMC。這個(gè)工具的失敗是由于涂層剝落和由此產(chǎn)生的損壞年齡相對(duì)軟硬質(zhì)合金襯底。此外，具有較好的晶粒尺寸 25毫米 PCD 刀具磨損微承受比為 10 毫米晶粒尺 寸切割工具的磨損。在聚晶金剛石晶粒尺寸進(jìn)一步增加不利于刀具壽命，而導(dǎo)致在表面光潔度顯著惡化。 表三 刀具材料對(duì)切削力和溫度 影響 (r-=1.6mm； -=0) 刀具材料 測(cè)量切 削 力 (N) 測(cè)量切削溫度 (C) PCD (v=894 m min-； 97.00 440 F=0.45 mm rev-；doc-=2.5 mm) PCD (v=670 m min-； 98.10 410 f-=0.25 mm rev-；Doc=1.5 mm) Al2O3(v=248 m min-； 183.85 520 f=0.2 mm rev-； Doc=0.5 mm) TiN (6-248 m min-； 143.52 500 f=0.2 mm rev-； Doc=0.5 mm 這是因?yàn)榫Я３叽绲?PCD 材料的刀具在 25毫米很容易退出了 邊緣。相對(duì)于 切削參數(shù)對(duì)刀具壽命等影響 減 少 了。 主要?dú)w因于 對(duì) PCD 刀具的磨損（由磨損）在防皺到在所獲得的動(dòng)能增加碳化硅顆粒磨。另一方面，布倫等由于在刀具磨損中的熱降解增加刀具材料。刀具磨損被認(rèn)為 與車(chē)削材料成反比。 托馬茨等 把 刀具壽命歸因于在更高的進(jìn)給 量 增加了復(fù)合材料的熱軟化。作者認(rèn)為，工件材料變得柔軟和 SiC 顆粒成為壓入工件，造成工具本身磨損少。然而 ,莫林 認(rèn)為 由于以更大的進(jìn)給 量 減少對(duì) 刀具前沿的磨損，磨料碳化硅顆粒減少接觸。盡管在解釋背后的不同進(jìn)給 量 工具磨損機(jī)理的爭(zhēng)論， 所有的研究人員建議使用切割 進(jìn)給速度 和 進(jìn)給量 是 在粗加工盡可能咄咄逼人。最后，關(guān)于冷卻液的應(yīng)用，在美國(guó)科學(xué)家建議以便對(duì) 于 可能采取的保護(hù)優(yōu)勢(shì)建成邊緣現(xiàn)象。 總之，進(jìn)行文獻(xiàn)回顧顯示，更積極的（速度，進(jìn)給量和切削深度）切削參數(shù)的影響還需要進(jìn)一步重新搜索，以改善切削過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。此外，一些重要參數(shù)進(jìn)行了前人所忽略，其中有刀具幾何形狀和冷卻劑的應(yīng)用。 2 試驗(yàn)材料和切割工具 2.1 工件材料 該加工利用 Duralcan 進(jìn)行了調(diào)查 F3S.20S 鋁：碳化硅金屬基復(fù)合材料。有一對(duì)SiC 顆粒平均直徑為 12 毫米。表 1 顯示了對(duì) A356- 20 SiC 的 PMMC 的物理力學(xué)性能一些。在此之前進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，測(cè)試材料是完全熱處理對(duì) T71 條件。測(cè)試材料是在對(duì)一百七十七點(diǎn)八毫米直徑 305 毫米的長(zhǎng)度形式。 2.2 切削工具 各種刀具材料（涂層硬質(zhì)合金，氧化鋁）和幾何結(jié)構(gòu)，在 Oblique 對(duì)于 轉(zhuǎn)向就業(yè)進(jìn)行了測(cè)試和不同的切削參數(shù)，每個(gè)工具伴侶 -里亞爾就業(yè)。然而，對(duì)于比較刀具磨損的目的，所有的切削試驗(yàn)共進(jìn)行了拆除金屬固定量（ 300 立方毫米）。表 2總結(jié)了刀具數(shù)據(jù) 在 干車(chē)削試驗(yàn)，進(jìn)行了 10 種 惠普標(biāo) 準(zhǔn)的現(xiàn)代化數(shù)控車(chē)床。切削力康具磨損測(cè)量康廷每個(gè)切削參數(shù)組合。該工具的力量測(cè)定采用一奇石三分量測(cè)力計(jì)和切削條件選擇精心為每個(gè)工具材料。一些在 切削實(shí)驗(yàn)中 ，測(cè)量采用 K 型工具到被粘熱電偶刀具離前沿 1 毫米 時(shí)的 溫度。測(cè)量的技術(shù)可靠性檢查，不斷重復(fù)的實(shí)驗(yàn)和各組的結(jié)果 表明 ，如果在他們展出了不到 5的變異。在每個(gè)切削試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，刀具磨損進(jìn)行了檢查用掃描電子顯微范圍和 X 射線分散技術(shù)。該工具后刀面磨損（ VB）的測(cè)定用工具顯微鏡。 3 結(jié)果與討論 3.1 刀具材料的影響 一個(gè)初步的測(cè)試并進(jìn)行一系列對(duì)刀具磨損的影響刀具材料，切削部 分 和切削溫度在粗糙投票荷蘭國(guó)際集團(tuán) 20的碳化硅 和 鋁 PMMC。圖 1 可以看出，氧化鋁 TiC 的工具遭受的 EDGE 芯片形式的過(guò)度磨損 水 平。氧化鋁顆粒的研磨拔出工件顆粒，其中有一個(gè)更大的硬內(nèi)斯號(hào)（ VHN 間接），比氧化鋁顆粒（ VHN 在 Al2O3TiC 2500 公斤力 每平方毫米 ； VHN 在 碳化硅 3000 公斤力 每平方 毫米）。月牙 磨損也觀察到，這是由于該是由磨損造成的溝槽擴(kuò)大。由于嚴(yán)重的邊緣切削， Al2O3TiC 切削力的工具明顯比實(shí)驗(yàn)更高氮化鈦（見(jiàn)表 3）涂層 刀具。氮化鈦涂層規(guī)定對(duì)磨料的影響，一些保障 SiC 顆粒。聚優(yōu)越的性能金剛石工具，相比，無(wú)論氧化鋁： TiC 的和 TiN 涂層硬質(zhì)合金工具，是由于他們的高耐磨性和高導(dǎo)熱性，這導(dǎo)致了更低的切削溫度，如圖表 3。因此，所有的可加工性進(jìn)行的研究其后關(guān)注到的最優(yōu)化 PCD 刀具切削過(guò)程中使用。 3.2 切削參數(shù)的影響 圖 2和 3表明，隨著切削速度對(duì)切 屑 的增加，減少切削力深度。這可能是歸因于熱軟化工件材料。另一個(gè)可能的原因是由于引入到刀具幾何形狀的變化后，形成建成的邊緣。圖 4（ b）給出了透視內(nèi)置的注冊(cè)材料色散圖所示 4（ a）條。 圖 6（ a）內(nèi)置式邊對(duì) PCD 工具（ v= 670 m/min， f=0.35mm/rev， doc=1.5mm， r=1.6毫米， =0 ） ,圖 (b)相當(dāng)于 6（ a）項(xiàng)， 只是 doc= 2.5mm 圖 7（ a） SEM 照片說(shuō)明上的 PCD 刀具前刀面磨損溶解后用氫氧化鈉積屑瘤（ v=670 m min-1， f=0.15mm， doc= 1.5mm， =1.6mm， a=0。 C） 圖 8切 割對(duì)刀具 NK 細(xì)胞的磨損（ PCD 刀具速度： r=1.6 毫米， a=0。 C；廣 角 點(diǎn)： V=670 m.min-1,doc=1.5mm,；輪點(diǎn)： v=894 m.min-1， doc=1.5mm）。 圖 9影響對(duì)工具 NK 細(xì)胞的磨損（ PCD 刀具切削深度： =1.6mm， a= C0 ； v=894 m ； 方點(diǎn)： doc=1.5mm輪點(diǎn)： doc=2.5mm）。 建成邊緣，觀察到的所有工具在所有切削條件。這是因?yàn)轭w粒碳化硅：鋁金屬基復(fù)合材料有材料的特性所有（即應(yīng)變硬化兩相材料在高溫和壓力）。在高切削速度（圖5（ b），一個(gè)較小的積屑瘤形成，比積屑瘤形成（圖 5（ a）的積屑瘤的高度測(cè)量前刀面垂直）在對(duì)比度，通過(guò)增加從 1.5 到 2.4 毫米 的切削深度，大積屑瘤形成（圖 6（ a，b）項(xiàng)，這可能中斷造成的工具和由此產(chǎn)生的切削工具對(duì)工件表面粗糙度和不利影響尺寸精度。該工具的拓?fù)鋱D顯示，主要磨損 PCD 的機(jī)制是磨損（如凹槽表現(xiàn)平行于芯片水流方向）。這些溝槽可以歸因于三個(gè)因素。第一，氧化鋁是形成于邊緣的工具，這是很難足以開(kāi)槽的金剛石生產(chǎn)磨損。第二為國(guó)家的 PCD 槽為鋁扣押和 拉出來(lái)的金剛石顆粒的過(guò)程中，如圖所示 7（甲，乙）。第三個(gè)可能的原因背后的 PCD 槽是 sic 顆粒研磨的工具。因此， PCD 刀具與金剛石顆粒比碳化硅晶粒尺寸較大粒子可以更好地抵御磨損和 密 CRO 的 切割的碳化硅顆粒 。然而，我們應(yīng)請(qǐng)注意，由于增加的 PCD 顆粒的大小， PCD 刀具的斷裂特性惡化，因在材料中的一個(gè)缺陷增加。認(rèn)為是對(duì)的工具面形成凹槽充滿了工件材料。這秉承層有些保護(hù)，以防止進(jìn)一步的工具的前刀面磨損。盡管如此，該工具后刀面繼續(xù)受到磨損。因此，后刀面磨損（ VB）的是作為刀具壽命準(zhǔn)則與 V=0.18 毫米。圖 8 顯示，隨著切削速度的增加，后刀面磨損增加。這可能是由于增加在研磨粒子的動(dòng)能，正如先前推測(cè)的巷 17。切深增加導(dǎo)致在增加后刀面磨損（圖 9）。這是由于增強(qiáng)微磨損，在切削刀具后刀面。這在一個(gè)更深入的情況 下切點(diǎn)，該工具后刀面較大的表面面積接觸磨損。進(jìn)給速度提高了有益的影響。隨著在圖所示。 8 和 9 的進(jìn)給速度的增加，該刀具磨損減少。在高進(jìn)給 量 情況下， 固定體積的金屬切削，刀具表面會(huì)有較少的磨料 PMMC 接觸。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)獲得了通過(guò)提高進(jìn)給速度為改變芯片的形式。在低進(jìn)給率，該芯片形成了連續(xù)的，也被困難和災(zāi)害的處理。在高進(jìn)給速度和高深度切（ f=0.35mm， doc= 2.0mm），形成了芯片不連續(xù)的。盡管在所有的實(shí)驗(yàn) PCD 刀具具有高進(jìn)給 量 較低，導(dǎo)致工具磨損，對(duì)最佳切削明確的決定參數(shù)應(yīng)考慮的影響表面上的完整性和切削參數(shù)亞表 面損傷產(chǎn)生的工件 ， 分析表面完整性和芯片形態(tài)將在第二部分介紹本研究性學(xué)習(xí)。 10 a-b-c 圖 11 a-b 圖 10（ a）對(duì) PCD 刀具前角的刀具 NK 細(xì)胞的磨損（ v=894m/min， doc=2.5mm，r=1.6mm；a=0。 C；）（ b）對(duì) PCD 刀具前角對(duì)的切削力（ v= 894 m/min， doc=2.5mm）（ c）掃描電鏡圖像說(shuō)明由 腐蝕 PCD 刀具磨損 。 圖 11（ a） SEM 圖，說(shuō)明了 PCD 刀具磨損的切削（ v= 894 m/min， doc=1.5mm， v=0.35mm_1，r=0.8mm， a=0。 C）（ b）影響刀尖半徑對(duì)工具鏗俛 NK 細(xì)胞的磨損（ v= 894mm/min，doc=2.5mm， a=0。 C；工具：方點(diǎn)， r=1.6mm；輪間距點(diǎn)， r=0.8mm）。 3.3 刀具幾何形狀的影響 在刀具前角對(duì)的深遠(yuǎn)影響 PCD 刀具的磨損。三種不同的角度進(jìn)行 靶 檢查。正如從10（ a）圖中可以看出 工具類(lèi)傾斜角度出發(fā)，進(jìn)行積極的和負(fù)面的 靶 角工具。為增加負(fù)前角后刀面磨損情況下可能的原因，是更大的切削力遇到這樣的前角（圖 10（ b）項(xiàng)）。此外，該芯片生產(chǎn)成為捕獲之間的 工具和工件，造成損害該工具的表面。正前角與工具顯示不規(guī)則的后刀面磨損和過(guò)度的切割點(diǎn)蝕邊緣地帶，如圖所示。 10（ c）項(xiàng)。刀尖半徑在決定了關(guān)鍵作用該工具的磨損模式。由于刀尖半徑從 1.6 至 0.8 毫米，該工具被發(fā)現(xiàn)遭受過(guò)度 切削 和月牙 磨損，作為如圖所示。 11（ a）條。這導(dǎo)致了切削工具在切削力和后刀面磨損增加，如圖 11（ b）項(xiàng)。半徑小工具因此建議的在窮為輕切削精加工業(yè)務(wù)使用參數(shù)。小鼻子半徑也將以產(chǎn)生更好的幾何精度。 4 結(jié)論 （ 1）的主要工具是磨損，磨損機(jī)理微切削刀具材料晶粒，表現(xiàn)為在 刀 具面平行溝槽到芯片流方向 。所有的工具都進(jìn)行測(cè)試也因后刀面 損，由于磨損。沒(méi)有證據(jù)化學(xué)磨損（例如，通過(guò)擴(kuò)散）。 （ 2） PCD 刀具磨損持續(xù)最少的 COM 削減到 TiN 涂層硬質(zhì)合金刀具和氧化鋁： TiC的工具。這無(wú)疑是由于金剛石的硬度優(yōu)和耐磨性，以及低摩擦系數(shù)，加上高導(dǎo)熱。這導(dǎo)致 PCD 刀具時(shí)，降低了切削溫度就業(yè)。另一方面，錫涂層硬質(zhì)合金工具和 Al2O3/TiC的工具遭受過(guò)度火山口邊緣的磨損和剝落。 （ 3）對(duì) PCD 的前刀面形成的溝槽涂抹工具，充滿了工件材料。這內(nèi)置式 形式是有利的，因?yàn)樗Ｗo(hù)刀具前進(jìn)一步磨損。 （ 4）在確定切削參數(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，采 礦刀具后刀面磨損量，以及大小建成的邊緣。工具磨損降至最低提高進(jìn)給速度，這導(dǎo)致了減少接觸的工具和 SiC 顆粒打磨。雖然提高 鋁 切割速度，預(yù)計(jì)到加速度，中心提供全方位的側(cè)面磨耗顯著，其結(jié)果表示，最小的磨損增加。高等教育切割速度均與在增加切削溫度，而導(dǎo)致形成一個(gè)保護(hù) 堅(jiān)持一層薄薄的工件材料上該工具。這種 保護(hù)建成邊緣 形式無(wú)法在規(guī)模增長(zhǎng)的摩擦增加的速度。切削參數(shù)范圍內(nèi)的測(cè)試范圍，在 894 m 最小速度， f= 0.45 毫米和切削深度 d=1.5 毫米的結(jié)果是最小的工具磨損。這些切削參數(shù)提高用 PCD 刀具時(shí)。 （ 5） PCD 刀具半 徑與鼻子 16 毫米和 仰