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基于铝基碳化硅颗粒金属基体复合材料表面完整性的实验研究 N. Suresh Kumar Reddy, , Shin Kwang-Sup,杨敏阳 韩国大田，韩国先进科学技术研究院，机械工程系 2007年12月5日发表 引言：在端铣铝基碳化硅颗粒的金属基体复合材料过程中，材料产生的局部表面质量（PMMCs）是很重要的，因为它能在很大程度上影响成品部件的性能。因此，对表面完整性的估计可以满足性能评估的要求。因此，理解表面完整性有许多优点，例如，可以降低失败率、提高组件的完整性并且降低总体成本。本文提供了一个对端铣铝基碳化硅复合材料实验的研究结果。这个实验研究的目的是为了提高使用TiAlN涂层的硬质合金刀具来端铣铝基碳化硅复合材料机械加工性能的了解。研究在不同铣削条件下加工铝基碳化硅复合材料和铝合金材料的表面质量和次表面损伤情况。对铝基碳化硅复合材料和铝合金材料的比较，是从表面完整性的（表面???糙度、残余应力、微观组织结构和显微硬度）展开的，这是为了了解这两种材料的机械切削性能。实验结果表明根据表面粗糙度和对铣削刀具较低的铣削阻力的标准，相比于非增强相的铝合金材料，铝基碳化硅增强复合材料可以提高机械加工性能。本实验结果有助于更好的理解端铣的加工工艺过程，可以提供确保更好的加工铝基碳化硅材料的输入参数和预期的领先技术，并且通过在各种工业应用中使用铝基碳化硅复合材料取代铝合金材料来提高经济效益。 关键词： 铝基碳化硅颗粒金属基体复合材料；表面完整性；端铣。 1介绍 金属基体复合材料（MMC）代表了新一代的具有很大可适应性和新颖特性潜能的材料。因此，金属集体复合材料在科学、技术和商业方面很重要。由于越来越多的性能要求，在许多应用中，越来越多的金属基体复合材料被用来取代传统的材料，特别是在汽车和娱乐行业（林等人，2001）。在各种类型的金属基体复合材料中，铝合金基体复合材料的应用越来越广泛。以碳化硅为增强相的铝合金复合材料是应用最广泛的复合材料，铝基碳化硅复合材料可以通过一系列工艺来生产，其中包括熔融加工和粉末冶金。这些低成本的复合材料在应用中具有良好的性能，除了具有高的比强度、刚度和抗疲劳性，耐高温的性能是必须要具备的，这是复合材料典型的特点。所以，这些材料在各种工程应用中被用作替换材料，如汽缸衬垫、汽车传动轴、汽车活塞、自行车车架等（恩利和斯克拉德，1998）。 当加工MMC时最需要注意的是加工区中的高热区。当受到大量热量时，工件的受热膨胀会导致尺寸不精确。同时该工具也会受到较大的热载荷，这会导致更大范围的扩散、氧化等，最终导致刀具磨损严重。为了追求MMC的加工性能，必须弥补加工过程中的缺点。新的涂层工具具有巨大的潜力来提升这一类材料的机械可加工性。在这个方向，氮化钛涂层铝基（TiAlN）硬质合金刀具是一个潜在的替代品。 进一步的分析表明，在PMMC表面和次表面的铣削变形的问题还没有得到解决（林等人，1998，恩利和斯克拉德，1998）。此外，已经做了不严格的调查来找出铣削参数在加工金属基体复合材料过程中对次表面变形的影响。这是非常重要的，因为这些因素对加工组件的性能起着重要作用。因此，鉴于这些复合材料不断增长的工程应用需求，需要详细和系统的研究复合材料的加工特性，这些对于在实际工程应用中的快速应用是非常必要的。这种研究将会有助于提高这些材料所要求的公差特性的有效性和经济性。从金属切削的理论可以知道，表面完整性的研究是了解材料加工特性最有效的途径。因此，铝基碳化硅复合材料加工特性的测量代表了加工过程分析最重要的方面之一，这种材料在未来将会得到大量应用。因此，本次研究的目的是为了研究具有氮化钛涂层刀具端铣铝基碳化硅复合材料的可加工性。是为了研究在不同铣削条件，铣削铝基碳化硅复合材料和铝基复合材料产生的表面质量和次表面损伤的程度。 在表面完整性（粗糙度、残余应力和硬度）的基础上，对铝基碳化硅复合材料和铝基复合复合材料的比较，是为了了解这两种材料的可加工性。 2试验方法 实验研究是通过使用铝基碳化硅复合材料展开的。在这项研究中使用的碳化硅颗粒的化学分析结果如表一所示。使用体积分数为20%的碳化硅颗粒来制造复合材料。通过使用激光粒度仪的“马尔文激光粒度分析模型”来测定颗粒的粒径。 被加工的材料是颗粒大小为32微米的体积分数为20%的铝基碳化硅颗粒复合材料。研究中使用的2024铝合金复合材料的相关化学分析如表2所示。 2.1铣削条件 铣削是一个非常复杂的切削过程，涉及切削速度、进给速度、切削深度、刀具几何形状等参数。通过一系列实验对影响表面光洁度最大的因素进行了研究。实验的影响因素是切削速度、进给速度和切削深度。实验的情况如图3所示。实验是在干燥条件下进行的。 采用高精度的数控铣刀和立式铣头来进行实验。切削刀具是TiAlN固体涂层的直径为