金属基复合材料的加工特点

增强体材料种类很多，SiC_P/Al颗粒增强铝基复合材料较容易制造，价格较便宜，性能又较好，在航空航天工业中应用较广泛。现以SiC_P/Al颗粒增强铝基复合材料为例，介绍颗粒增强铝基复合材料的切削加工方法。

1）由于SiC_P颗粒均匀地分散在铝基体中，与铝合金界面结合紧密，产生严重的错位阻碍运动，强化了基体材料，切削时切削力明显增加，而且SiC_P颗粒占的体积比例越高，其抗拉强度、屈服强度越高，主切削力会大幅增加。如采用PDC刀具切削Al2024时，F=162N，切削SiC_P/2024Al，SiC_P颗粒占的体积比例为15%时，F=191N；当SiC_P颗粒占的体积比例为36%时，F=412N。由此可见：SiC_P颗粒占的体积比例为36%时的切削力比Al2024铝合金高1.5倍。实验证明：当SiC_P颗粒的体积比例大于15%，切削力会大幅提高，而且进给力大于主切削力。对于采用弹性夹头夹持的直柄立铣刀极易产生掉刀现象，尤其采用大螺旋角的立铣刀时应更注意，防止产生掉刀现象造成打刀或损坏工件；对于小直径直柄立铣刀应减少吃刀量和每齿进给量，减小切削力，防止小切削产生掉刀。

2）SiC_P颗粒均匀地分散在铝基体中，由于切削刃存在钝圆半径，在切削刃处产生应力集中（图2-147）高硬度SiC_P颗粒受到切削刃切削时不会产生塑性变形，由于基体材料强度低，在钝圆处分离点O以下的切屑被挤压到已加工表面上，切削刃切到SiC_P颗粒侧面时，颗粒产生转动或被剥离（图2-147a）；当切削刃切到SiC_P颗粒正面时发生弹性变形或将颗粒破碎（图2-147b），少部分颗粒被压入到软基体的铝合金中（图2-147c），所以SiC_P/Al颗粒增强铝基复合材料的切削，既不同于脆性材料的切削，也不同于纯铝合金的切削。

3）切削振动大。其原因是铣削是断续切削，因刀齿对材料的冲击产生振动，更重要的是在软基体中分散着大量硬质的SiC_P颗粒，切削刃切削的过程是经历软→硬→软或硬→软→硬的脆/塑频繁交换的过程，有的颗粒产生转动，有的产生破碎，使切削力产生高频率的波动，因而加大了切削时的振动。(www.xing528.com)

4）由于刀具不断地将坚硬的SiC_P颗粒压入到切屑和已加工表面中，加剧了前面和后面的磨损。SiC_P颗粒增强铝基材料切削加工的主要难点是刀具磨损严重，加工精度低、表面质量差，属于难加工材料。

图2-147 SiC_P/Al颗粒增强铝基复合材料切削模型