曹根,張鳳林,劉鵬,牛亮,歐陽承達(dá)

(廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,廣州510006)

AlSiC復(fù)合材料磨削加工研究進(jìn)展(下)①

曹根,張鳳林,劉鵬,牛亮,歐陽承達(dá)

(廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,廣州510006)

AlSiC復(fù)合材料擁有比鋁合金更高的比強(qiáng)度和比模量、耐高溫、耐磨損、高導(dǎo)熱率、可調(diào)節(jié)熱系數(shù)等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車、電子、軍工等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。由于SiC增強(qiáng)相的高硬度和鋁基體的高塑性,使得該類材料在切削加工、磨削加工及非傳統(tǒng)加工的方面可加工性較差。為了獲得高的表面質(zhì)量和精度,磨削加工是必不可少的一種加工方式,文章針對(duì)AlSiC復(fù)合材料的磨削加工研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,重點(diǎn)對(duì)磨削加工中材料表面完整性、磨削砂輪的磨損形式和磨削加工工藝等方面進(jìn)行總結(jié)和分析。

AlSiC復(fù)合材料;表面完整性;金剛石砂輪;磨損;磨削工藝

3.2 高體積分?jǐn)?shù)AlSiC復(fù)合材料磨削砂輪的磨損

國內(nèi)外對(duì)于高體積分?jǐn)?shù)的AlSiC復(fù)合材料磨削加工研究較少,國內(nèi)最近幾年始有學(xué)者[31-32]開始研究高積分?jǐn)?shù)AlSiC復(fù)合材料的磨削機(jī)理,但在磨削實(shí)驗(yàn)研究過程中對(duì)砂輪磨損形式?jīng)]有涉及。高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料由于增強(qiáng)相SiC顆粒的加入,磨削加工過程中會(huì)對(duì)磨粒產(chǎn)生沖擊和摩擦,使磨粒磨損嚴(yán)重和部分磨粒脫落,加速砂輪磨損失效[18](如圖3)。

圖3 砂輪磨損失效形式示意圖Fig.3 Schematic illustration of wear on grinding wheel

國內(nèi)外研究所使用的砂輪主要為傳統(tǒng)的陶瓷砂輪、樹脂砂輪、電鍍砂輪,這些砂輪的出刃高度、磨粒耐磨性、結(jié)合劑強(qiáng)度、導(dǎo)熱性等方面都存在不足,在磨削加工AlSiC復(fù)合材料的過程中容易出現(xiàn)砂輪堵塞、磨粒磨損、脫落、結(jié)合劑磨損、開裂起皮、急劇溫升等問題[27-28],進(jìn)而影響工件的表面質(zhì)量和加工效率。因此有必要針對(duì)各種SiC體積分?jǐn)?shù)的AlSiC復(fù)合材料研制相應(yīng)的超硬磨料砂輪,以提高加工效率和加工質(zhì)量。

4 磨削工藝

磨削工藝參數(shù)是砂輪發(fā)揮磨削性能的重要保證,圍繞參數(shù)與評(píng)價(jià)指標(biāo),國內(nèi)外學(xué)者在AlSiC復(fù)合材料的磨削加工上做了大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論研究。Dillio通過磨削體積分?jǐn)?shù)為20%的AlSiC復(fù)合材料,研究了磨削力、工件表面粗糙度與磨削深度、工件進(jìn)給速度的關(guān)系。得到如下結(jié)論:法向、切向磨削力隨工件進(jìn)給速度、磨削深度的增大而增大;工件表面粗糙度隨工件進(jìn)給速度、磨削深度的增大而增大(如圖4、圖5)[16]。

圖4 磨削力與磨削工藝參數(shù)的關(guān)系[16]Fig.4 Relationship between the grinding force and grinding parameters[16]

圖5 工件表面粗糙度與磨削工藝參數(shù)的關(guān)系[16]Fig.5 Relationship between the workpiece surface roughness and grinding parameters[16]

匡仁軍[34]采用電鍍金剛石砂輪磨削加工體積分?jǐn)?shù)為45%的AlSiC復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)磨削力隨進(jìn)給速度和磨削深度的增大而增大,隨砂輪線速度的增加而減小。周志勇、李德溥[19]、趙德良[29]、Kwak[30]等也通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律。

張春陽[31]采用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪磨削加工體積分?jǐn)?shù)為54%～58%的AlSiC復(fù)合材料,通過測(cè)量不同磨削參數(shù)下磨削溫度的大小,發(fā)現(xiàn)磨削溫度隨磨削深度、工件進(jìn)給速度的增大而逐漸升高。

國內(nèi)外對(duì)AlSiC復(fù)合材料磨削工藝參數(shù)的研究,主要為實(shí)驗(yàn)研究和沿用傳統(tǒng)磨削模型的理論研究。對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究,存在磨削溫度測(cè)試不準(zhǔn)確、工件表面質(zhì)量表征方式不夠全面等問題;對(duì)于理論研究,缺乏針對(duì)磨削加工對(duì)象即不同SiC體積分?jǐn)?shù)的AlSiC復(fù)合材料的磨削加工理論模型,復(fù)合材料對(duì)純金屬基體材料或金屬難加工材料而言,由于自身組分復(fù)雜,在建立模型時(shí)既要考慮內(nèi)部各材料組成情況,還要考慮不同組成材料間界面的性質(zhì),因此,研究還有待深入。

5 總結(jié)

對(duì)于AlSiC復(fù)合材料的磨削加工,雖然國內(nèi)外進(jìn)行了較多的實(shí)驗(yàn)研究,但現(xiàn)階段需要進(jìn)一步進(jìn)行的研究包括:一方面需要從AlSiC復(fù)合材料SiC顆粒的體積分?jǐn)?shù)、分布情況、顆粒尺寸、鋁合金基體的性質(zhì)、界面性質(zhì)等方面為磨削加工的被加工材料建立物理模型,并進(jìn)一步完善AlSiC復(fù)合材料的磨削力、磨削溫度、材料去除機(jī)理研究;另一方面是要有針對(duì)性的進(jìn)行磨具設(shè)計(jì)研究,應(yīng)針對(duì)不同SiC體積分?jǐn)?shù)的AlSiC復(fù)合材料,設(shè)計(jì)、制造高鋒利度、長壽命的新型超硬磨料砂輪。

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Advance of study on grinding of AlSiC composite materials

CAO Gen,ZHANG Feng-lin,LIU Peng,NIU Liang,OUYANG Cheng-da
(School of Mechanical and Electronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

In comparison with aluminum alloy,AlSiC composite materials have higher specific strength,specific modulus,high-temperature resistance,wear resistance,high thermal conductivity and tunable thermal expansion coefficient,and were widely used in the aerospace,automotive,electronics and military fields etc.Due to the higher hardness of SiC reinforcement and the higher ductility of aluminum matrix phase,machining of AlSiC composite materials was a tough work.In this paper,the advance of research on grinding of AlSiC composites materials was reviewed.The surface integrity of the ground AlSiC composite materials,the wear of grinding wheels and the grinding process were summarized and analyzed.

AlSiC matrix composites;surface integrity;diamond grinding wheel;wear; grinding process

TQ164

A

1673-1433(2014)01-0032-05

2014-02-25

曹根(1989-),廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院,碩士研究生,主要從事金剛石工具制造及AlSiC復(fù)合材料磨削加工機(jī)理研究。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275096),廣東省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目(2012KJCX0047)

張鳳林,1972年9月出生,廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院,教授,主要從事超硬材料工具制造及硬脆材料加工機(jī)理研究。E-mail:zhangfl @gdut.edu.cn