外文翻译--ALSiC颗粒金属基复合材料的加工 中文版

AL/SiC 颗粒金属基复合材料 的 加工 摘要 尽管 金属基复合材料颗粒 具 有优越的机械 性能 和热 性能， 但是有限的切削性却 一直 使 金属部件的替代 受到很大的 威慑。 在加工过程中， 增强 硬磨料 的 相时会导致 加工工具 的快速磨损 ，因此， 会产生 较高的加工费用。 一系列 高速转动测试 只为 选择最佳刀具材料，刀具几何形状和 切削参数 来 车削含有 20%的 SiC/AL 金属基复合材料。结果表明 ,多 晶金刚石工具（ PCD） 与 氧化铝和涂层硬质合金工具 相比，可以 提供 给 用户 满意的刀具寿命 。 其中 在 金属基复合材料的加工下研究过程中 ， 后 面一种材料的 工具 更容易 受到过度 的边缘 碎屑 和月牙洼磨损。此外， PCD 刀具的成本可 通过 在干切削进给量 f=0.45mm，切割速度 V=894 m/s 与 切削 深度为 1.5 毫米 时 被鉴别 。 与这些切削参数类似 , 在刀具上形成 相对较小 的 累积起来 边缘，会很好的 保护它免受进一步 边缘上 工具的磨损和 磨损。具有零度前角和较大刀具半径的多晶硅刀具大多被用于粗加工 。 关键词 ：金属基复合材料，刀具磨损 1 简介 一组新形式的 金属 基复合材料（ MMCs）已 受 到大量的研究，因为在 20 世纪 80 年代 早期的试验工程材料 中， 最流行的 材料 为硅 ， 碳化硅 ， 氧化铝 ， 铝，钛 ， 磁性地层 ，其中 钛和镁合金是常用的基体相。大多数金属复合材料密度约为三分之一 。在 钢铁行业，由于这些潜在 高强度和刚度 吸引力再加上 在高温 无法工作 的 性能， 导致 金属基复合材料竞争 非常严峻。 在航空航天和汽车应用 中， 高温合金，陶瓷，塑料 被 重新设计的钢件。后者 中的 材料，操作方法 比 以往任何时候都 不 可能 有太多的 进步 ， 今后 仍然不可避免。 有人对 金属基复合材料 微粒 （ PMMCs）特别感兴趣， 不只是 因为他们表现出较高的延性和金属基复合材料向异性。此外， PMMs 提供 了 卓越的耐磨性。虽然许多工程元件制成 PMMCs 是由形状近 乎 成形和 精进的 铸 造工艺， 但是 他们需要 这些 系列， 其中 荷兰国际集团达到 了 预期的尺寸和表面光洁度。 PMMCs 加工提出了重大挑战，因为 加固材料的 数量明显比常用 高速钢（ HSS）和硬质合金工具 更难。 因此 ， 钢筋相磨具磨损快的原因 ， 普遍 是因为 使用的 PMMCs，其 明显阻碍其加工性 和 高加工成本。 文献综述 从现有文献上很明显 看出 PMMCs 的性能 ， 密度（克 立方 厘米） 2.77 热导率（ 卡尔 厘米 秒 K 在 22C 0.47 比热 （卡尔克 k） 100 0.218 200 0.239 300 0.259 平均热膨胀系数 50 100 17.5 50 300 21.1 50 500 21.4 极限强度 （ MPa ） 262 屈服强度（ MPa ） 21.4 伸长率（） 1.9 弹性模量（ GPA） 98.6 洛氏硬度（ B） 671.5 表 1 典型的 F3S.20S 物理性能 特性 的形态，分布和数量的增强相分数，以及矩阵的性质，都是影响因素，整体切割工艺相对较少，但尚未涉及到工程的生产力 的 工艺优化 。 例如，莫纳亨研究在加 入 25碳化硅 和 铝硬质合金刀具的磨损机理 。 PMMC 在速度 低于 20 米 每 分钟 时的 加工 速度开发了一种工具寿命的关系 ， 为硬质合金刀具加工过程中碳化硅 和 铝 PMMCs 在 速度低于 每 分钟 100 米 时。 然而，文献的作者建议的内置式边现象，是在观察期间碳化硅加工进一步研究铝 PMMCs。 Reillyet 等排名刀具磨损方面的各种刀具材料，然而，他们的切削用量不超过 每 分钟 125 米和 f=1.0mm，这是取得使用立方氮化硼工具。类似测试结果报告了布伦等 在 有关刀具的磨损率，主要是由于磨损 涉及 到刀具的硬度。 Winery 归因于碳化物耐磨工具，打磨表面上形成氧化铝颗粒擦在芯片的流动方向的工具。不过，拉 伸 SiC 颗粒也有可能导致同样的效果，碳化硅颗粒 硬度大于 WC。托马茨认为少于氧化铝和碳化硅的硬度涂层提供碳化硅加工过程中几乎没有任何优势：铝 PMMCs。 布伦提出使用较低的切削速 度，减少切削温度， 从而加速扩散和粘着磨损和热削弱工具。由于铝 的工具面和晶界自扣押的地点，作者建议使用硬质合金工具与大的晶粒尺寸。 一些研究者表明，多晶金刚石（ PCD）的工具是唯一的工具伴侣 -里亚尔，它是提供一个有用的工具，能够生活在铝 PMMCs 在 SiC 的加工。 PCD 是难比 Al2O3和 SiC 和不产生化学反应倾向与工件材料。托马茨比较了化学气相沉积法（ CVD）插入到锡，钛（ CN）和氧化铝涂层刀具的性能。化学气相沉积工具提供更好的整体比其他工具的性能。 Lane 研究了不同的心血管疾病的工具，薄，厚的薄膜的性能。根据他们的观察，化学气相沉积薄膜的工具与失败在这 20碳化硅端铣灾难性的铝 PMMC。这个工具的失败是由于涂层剥落和由此产生的损坏年龄相对软硬质合金衬底。此外，具有较好的晶粒尺寸 25毫米 PCD 刀具磨损微承受比为 10 毫米晶粒尺 寸切割工具的磨损。在聚晶金刚石晶粒尺寸进一步增加不利于刀具寿命，而导致在表面光洁度显着恶化。 表三 刀具材料对切削力和温度 影响 (r-=1.6mm； -=0) 刀具材料 测量切 削 力 (N) 测量切削温度 (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 这是因为晶粒尺寸的 PCD 材料的刀具在 25毫米很容易退出了 边缘。相对于 切削参数对刀具寿命等影响 减 少 了。 主要归因于 对 PCD 刀具的磨损（由磨损）在防皱到在所获得的动能增加碳化硅颗粒磨。另一方面，布伦等由于在刀具磨损中的热降解增加刀具材料。刀具磨损被认为 与车削材料成反比。 托马茨等 把 刀具寿命归因于在更高的进给 量 增加了复合材料的热软化。作者认为，工件材料变得柔软和 SiC 颗粒成为压入工件，造成工具本身磨损少。然而 ,莫林 认为 由于以更大的进给 量 减少对 刀具前沿的磨损，磨料碳化硅颗粒减少接触。尽管在解释背后的不同进给 量 工具磨损机理的争论， 所有的研究人员建议使用切割 进给速度 和 进给量 是 在粗加工尽可能咄咄逼人。最后，关于冷却液的应用，在美国科学家建议以便对 于 可能采取的保护优势建成边缘现象。 总之，进行文献回顾显示，更积极的（速度，进给量和切削深度）切削参数的影响还需要进一步重新搜索，以改善切削过程的经济性。此外，一些重要参数进行了前人所忽略，其中有刀具几何形状和冷却剂的应用。 2 试验材料和切割工具 2.1 工件材料 该加工利用 Duralcan 进行了调查 F3S.20S 铝：碳化硅金属基复合材料。有一对SiC 颗粒平均直径为 12 毫米。表 1 显示了对 A356- 20 SiC 的 PMMC 的物理力学性能一些。在此之前进行切割实验，测试材料是完全热处理对 T71 条件。测试材料是在对一百七十七点八毫米直径 305 毫米的长度形式。 2.2 切削工具 各种刀具材料（涂层硬质合金，氧化铝）和几何结构，在 Oblique 对于 转向就业进行了测试和不同的切削参数，每个工具伴侣 -里亚尔就业。然而，对于比较刀具磨损的目的，所有的切削试验共进行了拆除金属固定量（ 300 立方毫米）。表 2总结了刀具数据 在 干车削试验，进行了 10 种 惠普标 准的现代化数控车床。切削力康具磨损测量康廷每个切削参数组合。该工具的力量测定采用一奇石三分量测力计和切削条件选择精心为每个工具材料。一些在 切削实验中 ，测量采用 K 型工具到被粘热电偶刀具离前沿 1 毫米 时的 温度。测量的技术可靠性检查，不断重复的实验和各组的结果 表明 ，如果在他们展出了不到 5的变异。在每个切削试验结束时，刀具磨损进行了检查用扫描电子显微范围和 X 射线分散技术。该工具后刀面磨损（ VB）的测定用工具显微镜。 3 结果与讨论 3.1 刀具材料的影响 一个初步的测试并进行一系列对刀具磨损的影响刀具材料，切削部 分 和切削温度在粗糙投票荷兰国际集团 20的碳化硅 和 铝 PMMC。图 1 可以看出，氧化铝 TiC 的工具遭受的 EDGE 芯片形式的过度磨损 水 平。氧化铝颗粒的研磨拔出工件颗粒，其中有一个更大的硬内斯号（ VHN 间接），比氧化铝颗粒（ 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 磨损也观察到，这是由于该是由磨损造成的沟槽扩大。由于严重的边缘切削， Al2O3TiC 切削力的工具明显比实验更高氮化钛（见表 3）涂层 刀具。氮化钛涂层规定对磨料的影响，一些保障 SiC 颗粒。聚优越的性能金刚石工具，相比，无论氧化铝： TiC 的和 TiN 涂层硬质合金工具，是由于他们的高耐磨性和高导热性，这导致了更低的切削温度，如图表 3。因此，所有的可加工性进行的研究其后关注到的最优化 PCD 刀具切削过程中使用。 3.2 切削参数的影响 图 2和 3表明，随着切削速度对切 屑 的增加，减少切削力深度。这可能是归因于热软化工件材料。另一个可能的原因是由于引入到刀具几何形状的变化后，形成建成的边缘。图 4（ b）给出了透视内置的注册材料色散图所示 4（ a）条。 图 6（ a）内置式边对 PCD 工具（ v= 670 m/min， f=0.35mm/rev， doc=1.5mm， r=1.6毫米， =0 ） ,图 (b)相当于 6（ a）项， 只是 doc= 2.5mm 图 7（ a） SEM 照片说明上的 PCD 刀具前刀面磨损溶解后用氢氧化钠积屑瘤（ v=670 m min-1， f=0.15mm， doc= 1.5mm， =1.6mm， a=0。 C） 图 8切 割对刀具 NK 细胞的磨损（ PCD 刀具速度： r=1.6 毫米， a=0。 C；广 角 点： V=670 m.min-1,doc=1.5mm,；轮点： v=894 m.min-1， doc=1.5mm）。 图 9影响对工具 NK 细胞的磨损（ PCD 刀具切削深度： =1.6mm， a= C0 ； v=894 m ； 方点： doc=1.5mm轮点： doc=2.5mm）。 建成边缘，观察到的所有工具在所有切削条件。这是因为颗粒碳化硅：铝金属基复合材料有材料的特性所有（即应变硬化两相材料在高温和压力）。在高切削速度（图5（ b），一个较小的积屑瘤形成，比积屑瘤形成（图 5（ a）的积屑瘤的高度测量前刀面垂直）在对比度，通过增加从 1.5 到 2.4 毫米 的切削深度，大积屑瘤形成（图 6（ a，b）项，这可能中断造成的工具和由此产生的切削工具对工件表面粗糙度和不利影响尺寸精度。该工具的拓扑图显示，主要磨损 PCD 的机制是磨损（如凹槽表现平行于芯片水流方向）。这些沟槽可以归因于三个因素。第一，氧化铝是形成于边缘的工具，这是很难足以开槽的金刚石生产磨损。第二为国家的 PCD 槽为铝扣押和 拉出来的金刚石颗粒的过程中，如图所示 7（甲，乙）。第三个可能的原因背后的 PCD 槽是 sic 颗粒研磨的工具。因此， PCD 刀具与金刚石颗粒比碳化硅晶粒尺寸较大粒子可以更好地抵御磨损和 密 CRO 的 切割的碳化硅颗粒 。然而，我们应请注意，由于增加的 PCD 颗粒的大小， PCD 刀具的断裂特性恶化，因在材料中的一个缺陷增加。认为是对的工具面形成凹槽充满了工件材料。这秉承层有些保护，以防止进一步的工具的前刀面磨损。尽管如此，该工具后刀面继续受到磨损。因此，后刀面磨损（ VB）的是作为刀具寿命准则与 V=0.18 毫米。图 8 显示，随着切削速度的增加，后刀面磨损增加。这可能是由于增加在研磨粒子的动能，正如先前推测的巷 17。切深增加导致在增加后刀面磨损（图 9）。这是由于增强微磨损，在切削刀具后刀面。这在一个更深入的情况 下切点，该工具后刀面较大的表面面积接触磨损。进给速度提高了有益的影响。随着在图所示。 8 和 9 的进给速度的增加，该刀具磨损减少。在高进给 量 情况下， 固定体积的金属切削，刀具表面会有较少的磨料 PMMC 接触。另一个优势获得了通过提高进给速度为改变芯片的形式。在低进给率，该芯片形成了连续的，也被困难和灾害的处理。在高进给速度和高深度切（ f=0.35mm， doc= 2.0mm），形成了芯片不连续的。尽管在所有的实验 PCD 刀具具有高进给 量 较低，导致工具磨损，对最佳切削明确的决定参数应考虑的影响表面上的完整性和切削参数亚表 面损伤产生的工件 ， 分析表面完整性和芯片形态将在第二部分介绍本研究性学习。 10 a-b-c 图 11 a-b 图 10（ a）对 PCD 刀具前角的刀具 NK 细胞的磨损（ v=894m/min， doc=2.5mm，r=1.6mm；a=0。 C；）（ b）对 PCD 刀具前角对的切削力（ v= 894 m/min， doc=2.5mm）（ c）扫描电镜图像说明由 腐蚀 PCD 刀具磨损 。 图 11（ a） SEM 图，说明了 PCD 刀具磨损的切削（ v= 894 m/min， doc=1.5mm， v=0.35mm_1，r=0.8mm， a=0。 C）（ b）影响刀尖半径对工具铿俛 NK 细胞的磨损（ v= 894mm/min，doc=2.5mm， a=0。 C；工具：方点， r=1.6mm；轮间距点， r=0.8mm）。 3.3 刀具几何形状的影响 在刀具前角对的深远影响 PCD 刀具的磨损。三种不同的角度进行 靶 检查。正如从10（ a）图中可以看出 工具类倾斜角度出发，进行积极的和负面的 靶 角工具。为增加负前角后刀面磨损情况下可能的原因，是更大的切削力遇到这样的前角（图 10（ b）项）。此外，该芯片生产成为捕获之间的 工具和工件，造成损害该工具的表面。正前角与工具显示不规则的后刀面磨损和过度的切割点蚀边缘地带，如图所示。 10（ c）项。刀尖半径在决定了关键作用该工具的磨损模式。由于刀尖半径从 1.6 至 0.8 毫米，该工具被发现遭受过度 切削 和月牙 磨损，作为如图所示。 11（ a）条。这导致了切削工具在切削力和后刀面磨损增加，如图 11（ b）项。半径小工具因此建议的在穷为轻切削精加工业务使用参数。小鼻子半径也将以产生更好的几何精度。 4 结论 （ 1）的主要工具是磨损，磨损机理微切削刀具材料晶粒，表现为在 刀 具面平行沟槽到芯片流方向 。所有的工具都进行测试也因后刀面 损，由于磨损。没有证据化学磨损（例如，通过扩散）。 （ 2） PCD 刀具磨损持续最少的 COM 削减到 TiN 涂层硬质合金刀具和氧化铝： TiC的工具。这无疑是由于金刚石的硬度优和耐磨性，以及低摩擦系数，加上高导热。这导致 PCD 刀具时，降低了切削温度就业。另一方面，锡涂层硬质合金工具和 Al2O3/TiC的工具遭受过度火山口边缘的磨损和剥落。 （ 3）对 PCD 的前刀面形成的沟槽涂抹工具，充满了工件材料。这内置式 形式是有利的，因为它保护刀具前进一步磨损。 （ 4）在确定切削参数发挥了关键作用，采 矿刀具后刀面磨损量，以及大小建成的边缘。工具磨损降至最低提高进给速度，这导致了减少接触的工具和 SiC 颗粒打磨。虽然提高 铝 切割速度，预计到加速度，中心提供全方位的侧面磨耗显着，其结果表示，最小的磨损增加。高等教育切割速度均与在增加切削温度，而导致形成一个保护 坚持一层薄薄的工件材料上该工具。这种 保护建成边缘 形式无法在规模增长的摩擦增加的速度。切削参数范围内的测试范围，在 894 m 最小速度， f= 0.45 毫米和切削深度 d=1.5 毫米的结果是最小的工具磨损。这些切削参数提高用 PCD 刀具时。 （ 5） PCD 刀具半 径与鼻子 16 毫米和 仰