房玉鑫，王優(yōu)強(qiáng)，張平，王雪兆

SiCp/Al復(fù)合材料高速切削去除機(jī)理及表面質(zhì)量研究

房玉鑫1,2，王優(yōu)強(qiáng)1,2，張平3，王雪兆1,2

（1.青島理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，山東 青島 266525；2.工業(yè)流體節(jié)能與污染控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266520；3.華東理工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200237）

探究高速加工下SiCp/2024Al復(fù)合材料切屑形成機(jī)理及加工表面質(zhì)量情況，為改善該材料加工性能提供理論依據(jù)。設(shè)計(jì)高速正交銑削實(shí)驗(yàn)，對(duì)SiCp/2024Al復(fù)合材料進(jìn)行不同切削速度下的高速加工，并通過(guò)對(duì)切屑形態(tài)、切削力、切削能耗、加工表面形貌及加工硬化情況進(jìn)行分析，探明高速加工下材料去除機(jī)理及加工表面質(zhì)量變化。在較低速度下復(fù)合材料的切屑形成過(guò)程為第一變形區(qū)的剪切變形和SiC顆粒破碎，切屑形態(tài)為鋸齒狀；切削速度在300～800 m/min時(shí)，隨著速度的提高復(fù)合材料切屑連續(xù)性下降，切削速度在1 000 m/min時(shí)，復(fù)合材料韌脆性能發(fā)生轉(zhuǎn)變，切屑呈現(xiàn)崩碎狀；切削力在切削速度300～1 000 m/min時(shí)，隨速度提高明顯減小，主切削力由300 m/min時(shí)的320 N左右下降至1 000 m/min時(shí)的180 N左右，切削能耗顯著降低；失效的SiC顆粒破壞加工表面質(zhì)量，而高速加工對(duì)表面質(zhì)量有一定改善，切削速度由300 m/min 提高到1 000 m/min時(shí)，表面粗糙度由0.68 μm下降至0.47 μm，加工硬化深度也隨切削速度提高而減小。在一定條件下，高速加工有助于改善SiCp/2024Al復(fù)合材料的加工性能，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能將發(fā)生變化，切削力和切削能耗下降，加工表面變形程度降低、質(zhì)量提高。

SiCp/Al復(fù)合材料；高速加工；表面質(zhì)量；加工硬化

SiCp/Al復(fù)合材料作為一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，具有高的比強(qiáng)度和比模量，優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及低熱膨脹系數(shù)等特性，在航空航天、汽車及電子封裝等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1-3]。碳化硅（SiC）增強(qiáng)顆粒的加入使得復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯改善，但在加工中也相應(yīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的刀具磨損和差的加工表面質(zhì)量，使得該材料加工難度大、成本高。目前，SiCp/Al復(fù)合材料主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，這對(duì)加工表面質(zhì)量和尺寸精度提出了更高的要求。同時(shí)，零部件的表面質(zhì)量對(duì)服役壽命有著重要影響，而SiCp/Al復(fù)合材料的加工表面廣泛存在因顆粒失效導(dǎo)致的缺陷，這是一直以來(lái)阻礙該材料推廣的難點(diǎn)之一，并且在中高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料中更為嚴(yán)重（見(jiàn)圖1）。因此，需要探索一種先進(jìn)加工技術(shù)以改善SiCp/Al復(fù)合材料的加工性能，這對(duì)推廣該材料的工業(yè)應(yīng)用，推進(jìn)該材料精密加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展具有積極意義。

圖1 SiCp/Al復(fù)合材料加工表面（300 m/min，切深0.05 mm）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法觀察材料動(dòng)態(tài)變形過(guò)程存在一定局限性，由此有限元技術(shù)被廣泛用于研究復(fù)合材料的切屑形成機(jī)理。Teng等[4]和Wu等[5]通過(guò)仿真方法研究了SiCp/Al復(fù)合材料在100 m/min左右切削速度下切屑形成過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)及變形機(jī)制，認(rèn)為SiC尺寸影響切屑的連續(xù)性，顆粒破碎是影響表面完整性的主要原因，強(qiáng)化了對(duì)復(fù)合材料變形和去除機(jī)制的理解；葛英飛等[6]研究了SiCp/Al復(fù)合材料在超精密車削條件下的切屑形成機(jī)制，其切削實(shí)驗(yàn)速度為117 m/min，發(fā)現(xiàn)切屑呈現(xiàn)鋸齒狀，認(rèn)為微裂紋的形成和擴(kuò)展，以及剪切角的周期變化是形成這種切屑的主要機(jī)制。表面質(zhì)量決定加工精度，影響表面疲勞壽命，SiCp/Al復(fù)合材料與傳統(tǒng)勻質(zhì)材料相比，SiC顆粒在加工中會(huì)與刀具產(chǎn)生更復(fù)雜的接觸，導(dǎo)致嚴(yán)重的刀具磨損并損傷加工表面[7-8]。Wang等[9-10]對(duì)固定加工速度（100 m/min左右）下SiC顆粒的破碎過(guò)程進(jìn)行了模擬研究，并討論了顆粒失效對(duì)表面形貌的影響，認(rèn)為顆粒失效是形成表面缺陷的重要原因；Wang等[11]對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料高速銑削后的三維粗糙度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，其最高實(shí)驗(yàn)速度為450 m/min，認(rèn)為切削速度是主要影響因素，進(jìn)給率和切削深度對(duì)粗糙度影響不大，但在該研究中銑削速度仍然較低。此外，對(duì)高速銑削SiCp/Al復(fù)合材料溫度場(chǎng)和刀具磨損的研究表明，切削速度對(duì)切削溫度的影響最為顯著，切削深度次之，通過(guò)合理選擇切削參數(shù)可以延長(zhǎng)刀具壽命[12]，改善加工表面質(zhì)量?？梢钥闯?，盡管前人對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料切削性的研究推動(dòng)了該材料加工工藝的進(jìn)步，但目前對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料的車銑加工性能及材料變形和失效機(jī)理的研究還主要集中在較低的加工速度，對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料的高速加工性能研究并不全面，其高速加工性能的機(jī)理研究尚處于起步階段，加工速度主要集中在500 m/min[13-16]以下。

對(duì)高效高質(zhì)量加工的需求促進(jìn)了高速切削技術(shù)的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的新型高強(qiáng)度材料對(duì)加工工藝也提出了更高的要求，新型顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料等非勻質(zhì)材料的高速加工性能研究仍需擴(kuò)展，研究非勻質(zhì)材料的高速加工性能已成為高質(zhì)量高效加工技術(shù)的一大發(fā)展方向[17]。而更高的切削速度對(duì)應(yīng)更高的應(yīng)變率，高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)存在差異，表面加工質(zhì)量也會(huì)受影響，因此，復(fù)合材料在更高應(yīng)變率即更高切削速度下的加工性能及去除機(jī)理需要進(jìn)一步探究。為此，旨在探究SiCp/Al復(fù)合材料在更高切削速度下的材料去除機(jī)制及表面質(zhì)量情況，對(duì)高速加工下的切屑形態(tài)、表面形貌和粗糙度、加工硬化情況進(jìn)行比較分析，討論該材料的高速加工性能，為該材料加工工藝的優(yōu)化，提高效率、降低成本提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)條件及方案

研究所用材料為SiCp/2024Al復(fù)合材料，其微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)為45%，平均粒徑為5 μm，工件尺寸為30 mm × 20 mm × 3 mm。加工設(shè)備采用三菱MV820數(shù)控銑削機(jī)床，采用干切削加工。采用正交高速銑削加工，使刀片的切削刃與主軸方向平行，并保證切削刃的寬度大于工件厚度。使用TPMN2204型PCD刀片進(jìn)行高速銑削加工，刀具前角為0°，后角為11°，加工示意見(jiàn)圖3。高速加工實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1，在固定切削深度和每齒進(jìn)給量下，通過(guò)改變切削速度，探究復(fù)合材料的高速加工性。

對(duì)高速加工后的SiCp/2024Al復(fù)合材料材料去除機(jī)理以表面質(zhì)量進(jìn)行分析，搜集不同切削速度下的切屑并進(jìn)行鑲嵌，利用掃描電子顯微鏡觀察分析其斷裂機(jī)制；利用JD520型表面粗糙度儀測(cè)量加工表面粗糙度；用HV-1 000顯微硬度計(jì)測(cè)量亞表層顯微硬度。

圖2 SiCp/Al復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)

圖3 高速切削實(shí)驗(yàn)配置

表1 高速銑削方案

Tab.1 Experimental scheme of high-speed milling

2 結(jié)果與分析

2.1 切屑成型機(jī)制

圖4所示為不同銑削速度下切屑的宏觀和微觀形貌，可見(jiàn)切屑呈現(xiàn)出鋸齒狀形貌，并且鋸齒化程度隨切削速度提高逐漸加劇，至切削速度為1 000 m/min時(shí)切屑形貌表現(xiàn)為單個(gè)鋸齒節(jié)的崩碎狀。隨著切削速度提高，剪切帶逐漸從切屑自由表面延伸至切屑內(nèi)部，切屑的連續(xù)性隨切削速度提高而下降。

在加工中，SiCp/2024Al復(fù)合材料受刀具的擠壓，在較低的加工速度下刀具前刀面上材料受擠壓而產(chǎn)生堆積變形，同時(shí)，剪切面自刀尖處開(kāi)始形成并不斷擴(kuò)展。另外，在中高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料中包含更多的SiC顆粒，位于第一變形區(qū)的顆粒因自身缺陷或承受基體剪切變形而發(fā)生破碎，觀察圖4中切屑微觀形貌（1 000×）可知，剪切帶內(nèi)存在更細(xì)小的SiC顆粒，表明顆粒發(fā)生了更劇烈的破碎，導(dǎo)致剪切面內(nèi)產(chǎn)生更多微觀缺陷，從而加速第一變形區(qū)失穩(wěn)。由于切屑自由表面不受外力作用，并且受前刀面上材料堆積的影響，沿剪切面與自由表面交匯處會(huì)產(chǎn)生隆起并導(dǎo)致韌性斷裂，產(chǎn)生的裂紋從自由表面沿剪切面向切屑內(nèi)部擴(kuò)展，而由于受刀具的擠壓，裂紋在靠近刀尖處停止擴(kuò)展，這樣周而復(fù)始最終形成鋸齒狀切屑，其鋸齒狀切屑形成機(jī)理符合周期性斷裂理論[18]。同時(shí)，在剪切變形過(guò)程中產(chǎn)生的溫升會(huì)使材料強(qiáng)度下降，SiC顆粒破碎產(chǎn)生的局部微觀缺陷及熱軟化作用共同使第一變形區(qū)剪切抗力下降，促進(jìn)了剪切滑移，導(dǎo)致切屑呈現(xiàn)鋸齒狀形貌。

圖4 SiCp/Al復(fù)合材料切屑形貌

隨著切削速度提高，去除層材料內(nèi)會(huì)產(chǎn)生更高的應(yīng)變率，并影響材料的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和工件的散熱等。已有研究表明，隨應(yīng)變率的提高，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)提高并不斷接近，材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度比逐漸接近1，導(dǎo)致材料的塑性下降，脆性增強(qiáng)，從而逐漸發(fā)生韌脆性能轉(zhuǎn)變[19-20]。而切屑形態(tài)是復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)的結(jié)果，當(dāng)切削速度提高到1 000 m/min時(shí)，高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能發(fā)生轉(zhuǎn)變，去除層材料的塑性下降，脆性增強(qiáng)，并且剪切變形區(qū)內(nèi)顆粒破碎也會(huì)產(chǎn)生更多微觀缺陷，這樣在高應(yīng)變率和微觀缺陷共同作用下，切屑連續(xù)性下降，切屑形態(tài)由鋸齒狀變?yōu)閱蝹€(gè)鋸齒節(jié)的崩碎狀。由圖4可知，在切削速度為1 000 m/min時(shí)，復(fù)合材料發(fā)生韌脆性能轉(zhuǎn)變，SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)入超高速切削狀態(tài)。可見(jiàn)，在較低加工速度下SiCp/Al復(fù)合材料切屑形成機(jī)制為第一變形區(qū)材料的局部剪切變形和SiC顆粒的破碎，隨切削速度提高，切屑逐漸脆斷，切削形貌也由鋸齒狀切屑逐漸變?yōu)楸浪闋睢?/p>

2.2 切削速度對(duì)切削力的影響

通過(guò)壓電式三向測(cè)力儀采集整個(gè)加工期間的切削力數(shù)據(jù)，即切削力隨時(shí)間的變化，在穩(wěn)定切削階段內(nèi)，不同切削速度下切削力和單位切削能隨時(shí)間的變化規(guī)律見(jiàn)圖5。由圖5可知，切削速度對(duì)切削力有顯著影響，在一個(gè)切削周期中切削力峰值隨切削速度增加而不斷減小，在且隨切削速度增加切削力的變化周期越來(lái)越短。從動(dòng)力學(xué)角度講，切削力降低和主軸轉(zhuǎn)速的提高都有利于提高機(jī)床的穩(wěn)定性，這有利于提高工件的加工質(zhì)量。一般認(rèn)為，在更高切削速度下，第一變形區(qū)產(chǎn)生的熱量沒(méi)有足夠的時(shí)間向外傳導(dǎo)，使去除層材料因溫升導(dǎo)致的熱軟化效果增強(qiáng)，流動(dòng)應(yīng)力下降；同時(shí)，刀屑接觸面之間的摩擦加劇，摩擦界面的溫度升高，摩擦力下降[21-22]，這導(dǎo)致剪切角增大，且在高應(yīng)變率下材料逐漸脆化，塑性變形帶來(lái)的應(yīng)變硬化效果減弱。綜合上述作用，切削力表現(xiàn)出隨切削速度提高而減低的趨勢(shì)。此外，根據(jù)單位切削能計(jì)算公式，見(jiàn)式（1），可得出在每齒進(jìn)給量和切削寬度固定的條件下，切削力隨切削速度提高而降低，使單位切削能降低（圖5d），由此可知高速加工可顯著降低能耗。

圖5 不同切削速度下切削力變化

式中：e為單位切削能；為切削速度；0為切削功率；c為切削力（切削力峰值）；c為切削深度；w為切削寬度。

2.3 高速切削對(duì)表面粗糙度的影響

圖6所示為不同切削速度下的加工表面形貌，可見(jiàn)加工表面有大量的凹坑、劃痕及基體撕裂，且隨著切削速度增大，表面大凹坑數(shù)量減少，表面質(zhì)量得到一定的改善。SiC顆粒在加工中與刀具存在復(fù)雜的相互作用[7]，處于切削路徑的顆粒會(huì)與刀具發(fā)生直接接觸或者間接作用而失效，失效的顆粒一部分隨著切屑被去除，另一部分遺留在加工表面，導(dǎo)致表面出現(xiàn)顆粒碎片和凹坑，并且脫落的顆粒碎塊在加工表面的滑動(dòng)會(huì)產(chǎn)生劃痕，因此認(rèn)為，表面缺陷主要是由顆粒破碎、脫落及基體撕裂導(dǎo)致的。在圖6中，右側(cè)為左側(cè)對(duì)應(yīng)的加工表面局部放大圖，其中的大凹坑為團(tuán)聚的顆粒斷裂后集中脫落導(dǎo)致的，并且凹坑內(nèi)部殘留有開(kāi)裂的顆粒，這會(huì)在加工表面引入亞表面損傷，斷裂后的顆粒碎塊在去除過(guò)程中也會(huì)對(duì)基體進(jìn)行犁削，從而在表面引起犁溝和劃痕，因此顆粒失效會(huì)惡化表面質(zhì)量。

圖6 SiCp/Al復(fù)合材料加工表面形貌

隨著切削速度進(jìn)一步提高，加工中產(chǎn)生的高溫及切削刃鈍圓半徑的存在，會(huì)導(dǎo)致切削刃及后刀面對(duì)加工表面存在一定的熨壓作用，使部分表面缺陷被重新封閉或覆蓋，這對(duì)加工表面形貌有一定的改善，而熨壓作用在高切削速度下更為明顯。此外，高應(yīng)變率下材料的塑性下降，加工表面的塑性變形程度也降低，當(dāng)切削速度提高到1 000 m/min時(shí)，表面大凹坑的數(shù)量明顯減少。用粗糙度計(jì)對(duì)表面平均粗糙度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如圖7所示，隨著切削速度提高，表面平均粗糙度明顯降低，可見(jiàn)提高切削速度能降低SiCp/2024Al復(fù)合材料的表面粗糙度。

圖7 加工表面粗糙度

2.4 高速切削對(duì)加工硬化的影響

加工硬化可以反應(yīng)表面塑性變形程度，影響著表面疲勞性能和服役壽命。為探究切削速度對(duì)加工硬化的影響，沿垂直于加工表面向內(nèi)每隔25 μm測(cè)量平均顯微硬度，直到硬度收斂于穩(wěn)定值（即未受加工硬化影響的材料硬度），結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，復(fù)合材料存在明顯的加工硬化現(xiàn)象，在300 m/min切削速度時(shí)硬度呈現(xiàn)出先增加后降低并趨于穩(wěn)定的規(guī)律，在500～1 000 m/min切削速度下表層硬度呈現(xiàn)出隨深度增加先下降后回升再下降并趨于穩(wěn)定的“W形”變化規(guī)律。切削速度為300 m/min的加工硬化峰值深度為150 μm左右，切削速度增加至500 m/min時(shí)最大硬化層深度增加，在切削速度500～1 000 m/min范圍內(nèi)，加工硬化峰值層的深度逐漸降低，加工硬化層變淺，即隨切削速度提高，加工表面硬化現(xiàn)象減弱。

圖8 切削速度對(duì)加工硬化的影響

加工硬化是工件表面層塑性變形和切削熱共同作用的結(jié)果，由于刀具并非絕對(duì)鋒利，后刀面會(huì)對(duì)加工表面產(chǎn)生一定的擠壓，在切削熱的共同作用下，加工表面金屬會(huì)產(chǎn)生一定的彈塑性變形，在該過(guò)程中晶粒得到細(xì)化，硬度得到一定提升。

隨著切削速度從300 m/min提高到500 m/min，切削刃和后刀面對(duì)加工表面的熨壓使塑性變形程度增大，晶粒進(jìn)一步細(xì)化，這導(dǎo)致表面加工硬化效果增強(qiáng)；同時(shí)，在高應(yīng)變率下復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能變化除了體現(xiàn)在切屑形貌上外，對(duì)加工表面硬化情況也存在一定的影響，應(yīng)變速率提高導(dǎo)致材料塑性變形能力下降，加工硬化層變淺，應(yīng)變硬化作用降低。另外，在加工中的變形和摩擦導(dǎo)致溫升也可能使表面層金屬發(fā)生回復(fù)或動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使表層金屬的加工硬化效果得到釋放，并且在不同的加工參數(shù)下加工表面層的塑性變形和溫度會(huì)存在較大的變化梯度，因而對(duì)加工硬化的貢獻(xiàn)度也不同，從而出現(xiàn)不同程度的加工硬化。由圖8中的硬度曲線分析可知，加工硬化峰值層并不位于加工表面，這是由于加工表面映像力的作用，靠近加工表面的位錯(cuò)有溢出表面的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致位錯(cuò)密度最大的塑性變形層出現(xiàn)在加工表面下一定深度的位置，該現(xiàn)象在文獻(xiàn)[23]中也有相似的解釋。隨著亞表層深度的增加，復(fù)合材料的彈塑性變形和溫度逐漸降低，硬度最終趨于穩(wěn)定值。

3 結(jié)論

針對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)行了高速切削實(shí)驗(yàn)，對(duì)其高速切削后的切屑形成機(jī)理、切削力、表面粗糙度和加工硬化規(guī)律進(jìn)行了研究。

1）在較低加工速度下，SiCp/Al復(fù)合材料切屑形成機(jī)制為第一變形區(qū)材料的局部剪切變形和SiC顆粒的破碎，隨切削速度提高，切屑逐漸脆斷，切削形貌也由鋸齒狀切屑逐漸變?yōu)楸浪闋睢?/p>

2）切削力隨切削速度增大逐漸減小，單位切削能隨切削速度提高顯著降低，高速加工可以有效降低切削能耗。

3）在高速加工條件下，表面形貌和加工硬化得到改善。表面粗糙度和加工硬化層深度隨切削速度增加而降低。

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High-speed Cutting Removal Mechanism and Surface Quality of SiCp/Al Composites

1,2,1,2,3,1,2

(1. Qingdao University of Technology, School of Mechanical and Automotive Engineering, Shandong Qingdao 266525, China; 2. Key Lab of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Ministry of Education Qingdao, Shandong Qingdao 266520, China; 3. East China University of Science and Technology, School of Mechanical and Power of Engineering, Shanghai 200237, China)

SiCp/2024Al composites, which are particle-reinforced aluminum matrix composites, have the advantages of high specific strength and specific module, high hardness, excellent wear and corrosion resistance, etc., and have a broad application prospect in the aerospace field, but they also have issues such as serious tool wear and poor surface quality in their machining due to the hard particle-reinforced phase, making them difficult to machine, whereas high-speed machining, as an advanced manufacturing technology, is a highly advantageous technical means for the machining of difficult-to-machine materials in addition to high machining efficiency and precision. Therefore, high-speed orthogonal milling experiments were conducted in this paper for 45% volume fraction SiCp/2024Al composites to compare their machinability over a wide range of cutting speeds and to analyze their chip formation mechanism and machined surface quality under high-speed machining.

High-speed orthogonal milling experiments on flake SiCp/2024Alcomposites were conducted by controlling the cutting speed in the speed range of 300-1 000 m/min. In the experiments, the cutting edge of the insert was made parallel to the spindle direction, and the width of the cutting edge was ensured to be larger than the thickness of the workpiece. The chip morphology, cutting force, cutting energy consumption, machined surface morphology and machining hardening were collected and monitored to investigate the material removal mechanism and machining surface quality changes under high-speed machining in order to analyze the high-speed machinability of SiCp/2024Al composites. The experimental results show that the chip formation process of composites at lower cutting speeds consists of shear deformation and SiC particle fragmentation in the primary deformation zone, and the chip morphology is serrated. In the cutting speed range of 300-800 m/min, the chip continuity of composites decreased as the speed increased, and the composites underwent a ductile-to-brittle transition at 1 000 m/min, and the chips gradually appeared to be fragmented. The cutting force in the cutting speed range of 300-1 000 m/min decreased significantly as cutting speed increased, and the main cutting force decreased from about 320 N at 300 m/min to about 180 N at 1 000 m/min, and the cutting energy consumption also decreases significantly with the increase of cutting speed, the cutting energy consumption decreases from 1.07 GJ/m3at 300 m/min to 0.62 GJ/m3at 1 000 m/min. The failed SiC particles damaged the machined surface, while the high-speed machining improved the surface quality. With a cutting speed of300-1 000 m/min, the surface roughness decreases from 0.68 μm to 0.47 μm, and the machining hardening depth also decreases with the increase of cutting speed.

High cutting speed corresponds to higher strain rate, summarize the above findings, the dynamic mechanical behavior of the composites changes under high-speed machining, and the material undergoes a ductile-to-brittle transition,which affects the degree of deformation of the removed layer material and the machined surface, resulting in a decrease in chip continuity, increased brittleness, and the cutting force and cutting energy consumption decrease. The deformation of the machined surface decreases, and the surface quality improves, so high-speed machining under certain conditions can help improve the machinability of SiCp/2024Al composites.

SiCp/Al composites; high-speed machining; surface quality; working hardened

TG506.1

A

1001-3660(2022)10-0293-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.031

2021–10–20；

2022–02–12

2021-10-20；

2022-02-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51575289，51705270）；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZR2019PEE028）

The National Natural Science Foundation of China (51575289，51705270); the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2019PEE028).

房玉鑫（1996—），男，碩士，主要研究方向?yàn)榻饘倩鶑?fù)合材料高速加工及摩擦學(xué)性能。

Yuxin Fang (1996-), male, M.S., is mainly interested in the high-speed machining and tribological properties of metal matrix composites.

王優(yōu)強(qiáng)（1970—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)橄冗M(jìn)制造技術(shù)。

Youqiang Wang (1970-), male, Ph.D., Professor, whose main area of research is advanced manufacturing technology.

房玉鑫, 王優(yōu)強(qiáng), 張平, 等. SiCp/Al復(fù)合材料高速切削去除機(jī)理及表面質(zhì)量研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(10): 293-300.

FANG Yu-xin, WANG You-qiang, ZHANG Ping, et al. High-speed Cutting Removal Mechanism and Surface Quality of SiCp/Al Composites[J]. Surface Technology, 2022, 51(10): 293-300.

責(zé)任編輯：彭颋