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碳化硅颗粒增强ZL201合金复合材料的切削加工性能

摘要 1媒介颗粒加强铝合金复合材料,其价钱低廉,机能优良,生产工艺简洁,成为新材料研究的一个主要范畴和成长标的。迥殊是颗粒增加锻造铝合金复合材料,其机能可用选择分歧的基体合金,改变到场物...   1 媒介
  颗粒加强铝合金复合材料,其价钱低廉,机能优良,生产工艺简洁,成为新材料研究的一个主要范畴和成长偏向。特殊是颗粒加强锻造铝合金复合材料,其机能可用选择分歧的基体合金,改变到场物的数量、巨细和分布来进行调整。因为硬的碳化硅等颗粒分布在较软的铝合金基体中,使复合材料的切削加工机能同基体合金差别较大。今朝用刀具切削仍然是金属基复合材料的主要加工方式,研究复合材料的切削加工机能对包管零件的加工质量,降低生产成本,提高生产效率等有着非常主要的意义。但颗粒增加锻造铝合金复合材料切削加工机能的研究报导很少。影响材料切削加工机能的身分较多,而材料对刀具的磨损速度及工件外观的粗造度是表征其切削加工机能的主要方面。本文用硬质合金YG6和高速钢W18Cr4V为切削刀具,研究了碳化硅颗粒增加ZL201合金复合材料的切削加工机能,切磋了切削加工机理,以便为准确拟定颗粒增加锻造铝合金复合材料的切削加工工艺供应依据。
  2 试验方式
  复合材料用熔体搅拌法制取,基体合金及复合材料用金属模浇铸成?40mm坯料,基体合金为ZL201,试样经淬火+完全人工时效处理。碳化硅颗粒平均直径为14µm和80µm,选用四种复合材料进行试验:5%SiC-wt(14µm)、10%SiC-wt(14µm)、5%SiC-wt(80µm)、10%SiC-wt(80µm)。
  切削刀具选用硬质合金YG6和高速钢W18Cr4V车刀。刀具几何参数为g=6°,a=8°,Kr=90°,K′r=15°,ls=0°。
  在C6132通俗车床长进行干切削试验。选用两组参数: ① vc=28m/min,ap=0.4mm,f=0.2mm/r。② vc=72m/min,ap=0.2mm,f=0.1mm/r。用读数显微镜测量车刀后刀面的磨损值VB,用JSG—1型光切法显微镜测量复合材料己加工外观的粗拙度。
  3 试验后果及评论
  1、碳化硅颗粒尺寸对切削机能的影响
  在分歧的切削参数前提下,用硬质合金和高速钢刀具切削复合材料和基体合金。试验材料对刀具后刀面的磨损曲线如图1、图2所示。可见无论是高速钢照旧硬质合金刀具,在沟通切削参数下,复合材料对厥后刀面的磨损量均比基体合金大。为了斗劲分歧复合材料对刀具后刀面的磨损速度,把图中曲线进行一元线性回来处理,其回来方程的斜率即为该曲线对应复合材料对刀具的磨损速度(mm/min)。
  
  
  
  比力各图曲线1、3和2、4的回来方程斜率可知,碳化硅颗粒尺寸越大,复合材料对刀具后刀面的磨损速度也越快。迥殊是高速钢切削10%SiC(80µm)复合材料时,刀具磨损很快,切削不到3分钟,磨损量就跨越0.2mm(图1)。说明高速钢切削粗颗粒碳化硅增加铝合金复合材料是不对适的。切削细碳化硅颗粒复合材料时,其对刀具的磨损速度远小于切削粗颗粒复合材料。稀奇是对5%SiC(14µm)复合材料,高速钢和硬质合金刀具均可对其持续切削较长时间,并且许可较量高的切削速度。计较图1和图2沟通切削参数下的同号曲线可知,复合材料对高速钢刀具的磨损速度大于硬质合金刀具。说明切削碳化硅颗粒增加ZL201合金复合材料时,硬质合金刀具的耐磨性要比高速钢优良。这是因为碳化硅颗粒具有很高的硬度(HV2800),颗粒在基体合金中的分布是无标的性、呈不接连分布。是以颗粒加强锻造铝合金复合材料具有各向同性。当碳化硅颗粒粗大时,切削过程中易受刀刃的挤压、撞击而转变、破碎、甚至脱落。这就增强了硬的碳化硅颗粒对刀具的磨损及刮划感化,增大了刀具后刀面的磨损速度。而碳化硅颗粒越藐小,其在基体ZL201中的分布越弥散,切削时颗粒轻易在切削变形区随基体变形,也能够在切削力感化下将细的碳化硅颗粒压进切屑中或已加工的工件概况,使刀具切削时,直接接触碳化硅的几率减小,从而减小对刀具的磨损速度,使常用的高速钢W18Cr4V和硬质合金YG6刀具也能较长时间切削细碳化硅颗粒增加ZL201基复合材料。硬质合金比高速钢有更高的硬度和耐磨性,在不异切削前提下,硬质合金比高速钢磨损速度小。
  2、碳化硅颗粒含量对切削机能的影响
  角力图1、图2中各曲线1、2和3、4可知,无论是14µm的碳化硅仍是80µm的碳化硅,其复合材估中颗粒量越大,高速钢和硬质合金刀具的磨损速度就越快。按照图1a和图2b,10%SiC(80µm)复合材料对高速钢的磨损速度是5%SiC(80µm)复合材料的1.8倍;10%SiC(14µm)复合材料对硬质合金刀具的磨损速度是5%SiC(14µm)复合材料的1.4倍。试验中切削80µm碳化硅颗粒复合材料时,硬质合金刀具前刀面上有细粉生成,碳化硅含量越大,形成的细粉状物越多。这说明在切削复合材料时,部门碳化硅粗颗粒被刀具挤压、破碎而飞溅到刀具前刀面上,形成细粉尘粒。部门细粉也可能是硬质合金中的硬粒被复合材估中的碳化硅挤脱而生成的,碳化硅颗粒含量越大,对刀具的磨损就越严重。而切削细颗粒碳化硅复合材料时,很少见到细粉泛起。按照颗粒增加金属基复合材料的强化机制,对细颗粒增加复合材料,碳化硅颗粒含量越大,复合材料的硬度及耐磨性越好,对刀具的磨损速度也就越快。
  3、复合材料已加工概况的粗拙度
  对照图1和图2中同号曲线可知,统一种复合材料,切削加工参数②前提下对刀具的磨损速度比参数①前提下快,碳化硅颗粒尺寸越大,这种差别越大。这是因为切削速度分歧所致,切削参数②的切削速度大,碳化硅硬颗粒对刀具的撞击、磨损机会越多,刀具的磨损速度也就越快。
  窥察复合材料切屑表明,碳化硅颗粒尺寸对复合材料的切屑外形也有影响。颗粒尺寸越大,切屑越短,底面越不接连,横裂纹越多,横向变形越显着,切屑外观越粗拙。碳化硅颗粒越藐小,切削一连性越好,切屑底面越平整,横裂纹越少。两种参数前提下复合材料已加工外观的粗拙度Ra值如图3所示。由图可知,碳化硅颗粒尺寸越大,复合材料的外观粗拙度越大。对碳化硅粒径为80µm的复合材料,粗拙度随碳化硅颗粒含量的增大而增大;而碳化硅粒径为14µm复合材料,粗拙度随碳化硅颗粒含量增大而减小。这是因为在切削过程中,复合材估中的粗碳化硅颗粒受刀具的挤压轻易破碎和脱落,增大了切削过程中的机械摩擦,使已加工复合材料概况粗拙度增大。而复合材猜中细碳化硅颗粒易被压入切屑和已加工工件轮廓,且复合材料的硬度随碳化硅含量增加而增大,使细碳化硅颗粒的复合材料粗拙度随颗粒含量的增加而减小。
    
  4 结论
  1、高速钢或硬质合金刀具可对细碳化硅颗粒的ZL201合金复合材料进行继续较长时间切削,而不宜切削加工粗碳化硅颗粒的ZL201合金复合材料。
  2、碳化硅颗粒含量越大,复合材料对高速钢和硬质合金刀具的磨损越快。在沟通前提下,复合材料对高速钢刀具的磨损速度大于硬质合金刀具的磨损速度。
  3、碳化硅颗粒尺寸越大,复合材料加工外面的粗拙度越大,且随颗粒含量的增加而增大;碳化硅颗粒藐小,复合材料加工轮廓粗拙度小,且随颗粒含量增加而减小。
  4、碳化硅颗粒加强ZL201合金复合材料对高速钢和硬质合金刀具的首要磨损为磨粒磨损。
  



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