李德溥 (哈尔滨商业大学轻工学院，哈尔滨150028) 摘要:使用电镀金刚石砂轮对颗粒增强铝基复合材料进行平面、孔和槽的磨削加工实验研究，目的是研究颗粒增强铝基复合材料磨削加工的效果．在平面加工中使用扫描电子显微镜分析加工表面的形貌，并使用粗糙度仪测量表面粗糙度．在孔和槽的加工中使用工具显微镜测量孔直径和槽的宽度．研究表明，对颗粒增强铝基复合材料进行磨削加工能够获得良好的加工质量，平面磨削的加工表面质量较高，在实验所采用的加工条件下表面粗糙度Ra在0．285～0．82μm之间;孔和槽加工的尺寸精度较高，并且没有出现崩边现象． 关键词:复合材料;平面磨削;孔槽磨削 中图分类号:TH162文献标识码:A文章编号:1672－0946(2011)02－0248－04 颗粒增强铝基复合材料具有优良的力学性能，但同时也是一种典型的难加工材料，难以对其进行后续加工是其大规模推广应用的主要障碍［1］．目前，切削加工是颗粒增强铝基复合材料的主要加工方法，另外，对材料的激光加工、电火花加工等特种加工方法也进行了大量的研究．但是加工中仍然存在以下几个方面的问题［2－5］． 1)切削加工中刀具磨损严重．PCD被认为是惟一适合加工颗粒增强铝基复合材料的刀具材料，但PCD刀具制造成本高，限制了它的应用． 2)缺少加工小直径孔和窄槽的合适刀具．PCD刀具虽然耐用，但制造小直径复杂形状刀具困难．另外，在孔和槽的切削加工中经常出现崩边现象，满足不了加工质量的要求． 3)电火花加工中电极磨损严重，并且加工表面热损伤较大，表面上存在铝基体的重铸层． 4)激光加工使零件加工表面产生热损伤，且只应用于切割加工和通孔加工，应用范围有限．磨削在陶瓷、金属材料加工中得到了广泛的使用，但在颗粒增强铝基复合材料加工中的应用研究较少．本文以电镀金刚石砂轮作为加工工具，对颗粒增强铝基复合材料的平面、孔和槽进行磨削加工．使用扫描电子显微镜观察平面磨削加工表面形貌，并使用粗糙度仪测量表面粗糙度，使用工具显微镜测量孔直径和槽宽度尺寸，并对孔和槽的形貌进行观察． 1·实验设计 采用SiC颗粒增强2024Al作为实验材料，其主要性能参数如表1所示．
平面加工中采用普通的平头圆柱砂轮．用于孔、槽加工的砂轮基体端面和圆周上分别加工四个窄槽，端面窄槽略偏离端面中心，端面窄槽与圆周面上窄槽相通．表2为实验使用砂轮参数． 2·平面磨削 2．1实验参数 表3为平面加工实验参数．
2．2加工结果 2．2．1表面形貌 图1为平面磨削加工表面形貌的SEM照片．可以发现，颗粒增强铝基复合材料已加工表面具有如下特点:
1)加工表面上有铝基体的塑性划痕，并且有铝基体被熨压现象． 2)加工表面有材料剖落形成的凹坑、增强颗粒脱落和断裂等缺陷． 3)颗粒与基体结合的界面在已加工表面形成过程中发生破坏．由于颗粒移动或被压入加工表面，在颗粒周围形成孔洞． 加工表面的形貌特点与材料本身特性和去除机理有关，在外载荷作用下增强颗粒承受更大的应力及增强颗粒本身的缺陷，使得增强颗粒在加工过程中产生破碎和脱落;裂纹的产生和扩展在加工表面形成过程中起到重要作用，在增强颗粒富集区和颗粒的尖角处应力集中更严重，在加工过程中容易产生裂纹并扩展，造成材料剖落形成非切出表面和界面脱黏;另外，在金刚石磨粒作用下增强颗粒会发生破碎、脱落、滑动等行为． 2．2．2表面粗糙度 保持主轴转速为6 000 r/min、进给速度为3 00mm/min不变，测量了在不同磨削深度下已加工表面的粗糙度值，如图2所示．可以看到，在实验所采用的加工参数下，表面粗糙度Ra在0．285～0．82μm之间．磨削深度在0．001～0．005 mm范围内时表面粗糙度的变化不大，而当磨削深度大于0．005mm之后表面粗糙度有较大的增加．
3·孔磨削加工 3．1影响孔加工质量因素 影响孔加工质量的因素主要有以下几个方面: 1)金刚石粒度 粒度小的金刚石砂轮容屑能力差，加工中极容易堵塞，造成轴向力过大，使孔的出口产生崩边，或者造成加工过程中砂轮杆折断．本文的实验中使用120#金刚石砂轮． 2)砂轮结构 砂轮的结构应该能保证顺畅地排出切屑，普通金刚石砂轮在加工孔时排出切屑的能力差，造成砂轮严重堵塞．使用端面与轴向开有窄槽的砂轮，有利于切屑及时排出． 3)砂轮的制造及修整精度 砂轮制造完成后，其径向跳动不能超过一定程度，否则在加工中产生较大的偏摆，造成孔的直径远大于砂轮直径，并且容易造成砂轮折断． 3．2加工结果 3．2．1孔直径尺寸 实验所加工孔的深度为6 mm，采用分次进给的加工方式，每次进给0．3 mm．用工具显微镜在两个垂直方向上测量孔入口和出口的直径，测量位置如图3所示．孔加工条件及直径测量值见表4(表中Dx为在图3中的x方向测量尺寸，Dy为在图3中的y方向测量尺寸)．从表4中的数据可以看出，孔在2个互相垂直方向上的尺寸基本一致，入口和出口尺寸也基本一致．孔直径与砂轮直径存在一定的偏差，这是由于砂轮直径较小，在力的作用下产生一定挠度所致．
3．2．2孔形貌 孔的入口与出口形貌如图4所示，可以清楚地看出:磨削加工孔的入口和出口形状完好，没有出现崩边现象出现．
4·槽磨削加工 4．1影响槽加工质量因素 影响槽加工质量的因素主要有以下几个方面: 1)实验中使用的金刚石砂轮直径较小，在加工过程中受力会使其产生一个挠度，进而影响槽的尺寸精度． 2)砂轮的制造误差是影响加工精度的另一个因素．由于镀层厚度不均匀，在靠近边角处镀层厚度大，加工时砂轮有较大的偏摆，从而影响加工的尺寸精度． 4．2加工结果 4．2．1槽的形貌 图5为磨削加工槽的形貌，可以看出，磨削加工槽入口与出口没有发生崩边缺陷，槽的两个棱边也没有材料崩边现象．
4．2．2槽的宽度 表5为槽加工条件及入口和出口尺寸测量结果．从表5中的数据可以看出，在不同的加工条件下槽的宽度都大于砂轮直径．在主轴转速相同情况下，随着进给速度的增大，偏差增大．这主要是由于在不同的加工条件下砂轮受力大小不同造成的，加大进给速度都使磨削力增大，而大的磨削力会使砂轮轴产生更大的变形，导致槽宽发生误差．
5·结论 本文使用电镀金刚石砂轮对颗粒增强铝基复合材料进行平面、孔和槽的磨削加工实验，得出以下结论: 1)电镀金刚石砂轮磨削加工平面的表面质量较高，在本文实验条件下表面粗糙度Ra在0．285～0．82μm之间． 2)孔的直径略大于砂轮直径，孔直径在两个互相垂直方向上的基本一致．所加工孔的入口和出口没有缺陷． 3)槽的宽度大于砂轮直径，并且在相同主轴转速下，随着进给速度的提高，偏差有增大趋势．槽入口和出口处的崩边没有崩边，在槽的两个棱边也没有崩碎现象，保证了槽几何形状的完整． 参考文献:略 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
