高速铣削AlMn1Cu的表面形貌与粗糙度外文翻译资料

 2022-08-25 09:08

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高速铣削AlMn1Cu的表面形貌与粗糙度

王振华、袁俊堂、尹增彬、胡小秋

  1. 南京理工大学机械工程学院，南京210094
  2. 高端装备制造技术协同创新中心，南京理工大学，南京210094。

收到日期：2016年2月3日；修订日期：2016年7月5日；接受日期：2016年8月23日

摘要

铝合金AlMn1Cu以其优良的性能在功能件生产中得到了广泛的应用。但是对加工机理和表面粗糙度的研究较少。高速铣削试验是为了提高加工质量和揭示加工机理而进行的。典型的地形特征是用扫描电子显微镜（SEM）观察加工表面。结果表明，研磨后的表面形貌主要是以塑性剪切变形面和料堆区为特征。材料沿端部切割塑性流动。平端铣刀的刃口，同时被端刃挤压，使材料部分粘附在加工表面并形成材料堆放区。随着切削深度和每齿进给量的增加，材料的塑性流动强化，加工表面变得粗糙。但是，随着切割速度的增加，材料的塑性流动削弱和碾磨表面变得更光滑。切削参数（例如切削速度、每齿进给量和切削深度）

分析了影响表面粗糙度的因素。可以得出结论，端部形成的加工表面粗糙度用圆柱平端铣刀铣削时，切削刃小于圆柱切削刃。提出研究了高速铣削防锈铝合金AlMn1Cu加工表面的典型形貌特征。

关键词：表面形貌、表面粗糙度、铝合金、AlMn1Cu、高速铣削

1.介绍

它具有密度低、比表面积大等优点强度和良好的热导率铝合金AlMn1Cu已广泛应用于许多领域，如航空航天，汽车、通信和武器工业复杂的结构件和功能件。正常地这些零件结构复杂，低刚性好，加工质量高。尤其是，由AlMn1Cu罐制成的低刚度复杂零件切削加工过程中容易变形力、夹紧力、切削热、残余应力等。这些因素对加工质量有负面影响从而降低了工件的使用性能部分。铝合金的可加工性因化学成分和特性。例如，硬铝和超级硬铝具有良好的机械加工性能。从而低铜含量的AlMn1Cu则是不好的。这个切削力很容易导致材料的塑性流动在低硬度高塑性AlMn1Cu的研究材料。因此，制造缺陷可归结为发生，如材料挤压、材料堆积和毛刺。很难获得高质量。因此，本文主要讨论高速Almn1cu的铣削技术将具有重要意义以及对AlMn1Cu应用的现实意义。

机加工表面形貌是一个重要因素直接影响表面质量，尤其是表面质量粗糙度。近几十年来

机械加工表面形貌的研究各种切削实验或数值模拟材料。Gao等人[1]提出了一种基于切削刃相对于切削刃的轨迹方程用于预测加工表面形貌的工件。Michalski[2]提出了三维分析齿隙侧、外侧表面形貌滚齿后加工的圆柱齿轮侧面凿毛。Irene等人[3]开发了一个数值模型预测球头的地形和表面粗糙度基于几何刀具工件的铣削加工交叉点和表面地形定义为每齿和每转进给量的函数，径向深度切削，轴向切削深度，齿数，螺旋角，齿间偏心和相位角。QUINSAT等Al[4]提供了一个三维表面粗糙度参数将两种加工的相对影响形式化参数和表面要求。toh[5]提供了深入了解高速加工时不同的刀具路径方向工件倾斜时倾斜铣削硬化钢使用表面地形分析和确定了最佳刀具路径方向获得最佳的表面纹理。Lavernhe等人[6]发了一个用于预测基于众所周知的n-缓冲方法。张等[7]提出了一种迭代机械加工数值模拟算法基于多轴球头铣削的表面形貌刀具加工轨迹及轨迹方程切削刃。Arizmendi等人[8]提出了一个表面周边铣削中的地形预测模型考虑工具振动的操作在切割过程中。杨和刘[9]分析了切削参数的影响（切削速度、进给速度和径向切割深度）周围表面地形钛合金Ti–6Al–4V.Gao等[10]的铣削提出了一种预测地表的分析模型考虑刀具几何和切割的地形条件、调制条件和塑性效应侧流。张，等[11]建立了气体静压轴承主轴的自由度动力学模型描述其动态响应，并分析其对不同振动条件下主轴振动的面波图超精密金刚石切削加工。Buj-Corral等人[12]开发了一个数值模型预测球头的地形和表面粗糙度基于几何刀具-工件的铣削工艺交叉。Yue等人[13]提出了机械加工表面损伤层的机理PCBN刀具硬切削淬火钢工艺CR12MOV这些工作表明地表地形主要受以下因素影响：（1）铣削的切削参数和几何参数刀具（间隙角、刃口倾角等）

可在切割面形成扇贝高度；（2）物理因素（机械性能和物理材料特性）。例如，弹性恢复，机械加工容易产生塑性流动和膨胀。从而影响表面形貌。

表面粗糙度是衡量表面质量的重要指标。因为它在耐磨性、延展性方面起着重要作用，机械加工零件的拉伸和疲劳强度。Leppert[14]对影响进行了调查。切割区表面冷却和润滑C45钢车削后的粗糙度及试验研究结果表明，冷却和润滑条件会显著影响调查工艺和表面特性。扎恩和哈龙[15]提出了预测表面的神经网络模型加工过程中的粗糙度。Yan等人[16]，研究了MQL参数对刀具磨损的影响。以及表面粗糙度。结果表明，多变量线性回归模型降低刀具磨损和表面粗糙度的技术与常规行洪相比流体供应和干切削条件。哈塞尼亚Belbah[17]研究了表面粗糙度模型在硬的情况下预测Ra和Rt的表面粗糙度利用响应面方法进行转向（RSM）。Palani和Natarajan[18]提出了一个系统与人工神经网络（ANN）集成自动、非接触和灵活预测端铣零件的表面粗糙度。实验性的结果表明，所提出的机器视觉系统能够功能良好，准确率97.53%。Cakir等人[19]，检查切割参数对表面的影响粗糙度通过数学模型开发使用从一系列转向中收集的数据实验。_olak等人[20]使用了进化论表面粗糙度预测的编程方法端铣铝6061-T8。Basak等人[21]讨论了抛光参数对表面粗糙度的影响和铝7075-T6材料的表面硬度抛光工艺的最佳参数为基于实验的模糊模型实现结果。Oktem等人[22]开发了一种神经网络。预测型腔表面粗糙度的模型并采用遗传算法与神经网络相结合为了找到最佳的切削参数，导致不受任何约束的最小表面粗糙度。Karayel[23]研究了实际建模方法使用前馈多层神经网络车削表面粗糙度的预测与控制。Asilturk和Cunkas[24]将模型开发为使用以下公式预测AISI 1040钢的表面粗糙度各种速度下的神经网络和多元回归技术，进给速度和切削深度。结果表明，提供比多重回归更好的预测精度技术。黄和陈[25]提出了一种神经系统基于网络的表面粗糙度测量系统预测端铣的粗糙度，系统可以也可用于在线调整机器参数检测到表面粗糙度缺陷。阿格瓦尔Al[26]提出了三个回归模型回归、随机森林和分位数回归在AISI上预测平均加工表面粗糙度4340钢。文献表明，研究的重点是表面粗糙度预测与切削高强度、高硬度的参数优化材料已取得了丰富的成果。但很少本文报道了低强度和软性的研究材料，如防锈铝合金。因此，本研究重点研究切削参数对表面的影响提高加工表面质量的粗糙度通过高速铣削实验得到AlMn1Cu。

在本研究中，高速铣削实验在铝合金AlMn1Cu上进行，以呈现AlMn1Cu的切削机理。扫描电子用显微镜观察加工表面及变化的影响分析地形和粗糙度的切削参数的加工表面。

2实验细节

2.1实验设备和材料

研磨实验是在高速加工中心米克朗XSM600，主轴速度可在100-60000之间无级调节r/min.最大进料速度为80 m/min，最大轴向加速度为25 m/s2，定位精度为0.005mm，重新定位精度为0.0025 mm。这个硬质合金双槽平端磨直径Phi;4采用Sandvik生产的mm作为研磨剂。实验中的工具。铣刀编号为R216.32-04030-AC08P.用于实验是铝合金AlMn1Cu，其化学成分包括硅0.6%，铁0.7%，铜0.2%，锰1.0%-1.6%，镁0.05%，锌0.1%，钛0.15%in添加到al.AlMn1Cu的力学性能为表1所列

表1；AlMn1Cu的力学性能

（20℃，O型，2毫米板）

机械性能 性能值

拉伸强度sigma;b/MPa 130

屈服强度sigma;0.2/MPa 50

拉伸Delta;10% 23

抗剪强度tau;/MPa 8

疲劳极限sigma;-1/MPa 50

弹性模量E/GPA 71

泊松比mu; 0.33

硬度Hb 30

2.2表面形貌和表面粗糙度测量

端铣操作示意图为如图1（a）所示，其中n是主轴转速，vc是切削速度，fz为每齿进给量，ae为切削宽度，ap是切割深度，z是齿数。如图所示在图1（a）中，端部铣削能够产生两个新鲜表面：端部表面和墙面。这个在端部切削刃上产生端面，并且壁面产生于圆柱形切削刃上。介绍了机械加工表面的形貌。通过扫描电子显微镜。算术平均数选择值（ra）来描述表面粗糙度。急诊室，急诊室Ra，W代表端面粗糙度和壁面粗糙度。图1（b）显示了用于测试表面粗糙度的样品。图1（c）显示用于测试壁面粗糙度的试样。这个表面粗糙度通过便携式表面测量轮廓仪（Marsurfps1）。粗糙度测量值为重复至少五次以获得平均值。

图1。表面形貌和粗糙度试样

3表面形貌分析

高速铣削防锈铝合金AlMn1Cu时，表面研磨的典型地形特征端部切削刃如图2所示。如图2（a），研磨表面的地形主要特征是按以下方法：（1）塑性剪切变形区由端部刃口形成，与切割方向；（2）材料塑性流动沿端部切割边缘挤压导致材料部分粘附在加工面（形成材料堆放区），以及材料的塑性流动方向是垂直的。切割方向。材料的成形过程堆放区可简化为图2（b）。铣削的表面不是一个理想平面，而是一个带有端部切削刃导致的次三角截面倾斜角kappa;gamma;。在铣削过程中，关键材料截面AB开始自由流动。OAB的材料区域在铣削力作用下开始塑性流动，并且挤压，例如沿端部切削刃的径向流动（侧流）当切削刃OA切入材料时。同时，材料由端刃挤压而成。并粘附在切割面上，导致材料。材料沿端部的塑性流动切割边缘可能导致材料在切割时堆积。从而降低加工质量表面。加工实验表明，塑料选择合适的切割方式可以降低流动程度。提高加工质量的参数表面。

图2。AlMn1Cu表面形貌特征

由端刃形成

表面扫描电镜照片，不同切削条件下端刃形成的AlMn1Cu，切削参数如图3所示。如图3所示，加工表面的地形会随着切割而变化。参数更改；

  1. ；如果fz为0.05 mm/齿，则塑性流动材料沿端部刃口的趋势减小随着切削速度（主轴），表面变得更光滑速度）增加。如果fz为0.03 mm/齿，则表面质量总体上是好的。但是塑性流动沿端部切削刃的材料趋势随着切割速度增加。至于塑性剪切加工表面的变形区，随着切割速度增加。
  2. 如果fz为0.05 mm/齿，则塑性流动材料沿端部切削刃的趋势增加和加工表面的质量随着深度的增加而变差。切割增加。
  3. 如果ap为1.5 mm，则塑性流动和加工面塑性剪切变形减小随着每齿进给量的减少，以提高质量加工表面。

图3。端部切削刃加工表面的扫描电镜照片

图4为扫描电子显微镜照片关于结束时Almn1cu上的完工墙面铣削工艺。如图4所示，可见斜条纹发生在表面。如果是多层铣削，步骤发生在两层之间，主要是由于轴向不均匀造成的工具变形。扫描电子显微镜圆柱形切削刃形成的表面图片不同的切削参数如图5所示。如图5所示，如果切割深度为0.5 mm，则表面塑性剪切变形随提高切削速度，提高表面质量；当切割深度增加到1.5毫米时，塑料表面剪切变形随切削量的增加而增大。速度增加，倾斜的条纹和台阶出现在垂直于切割方向的方向。主要原因这种现象的原因是切割深度的增加。

增加铣削力，导致变形和大周期铣削下刀具的振动力。如果ap为1.5 mm，则塑性剪切变形以及倾斜的条纹和台阶加工表面随着每齿进给量的增加而减少。从而提高表面质量。

图4.平立磨振动变形时壁面扫描形貌

切削参数：n=40000r/min，fz=0.05mm/齿，ap=1.5mm，ae=3.0mm。

图5。扫描电子显微镜照片的表面形成的AlMn1Cu圆柱形切削刃。

4切削参数的影响在表面粗糙度

4.1切削速度对表面粗糙度的影响

图6显示了表面粗糙度-切削速度曲线。如图6所示，随着切割速度的增加，Ra，e减小。开始时增加，几乎保持不变（变化在很小的范围内）切割速度增加到一定值，表示表面粗糙度变化切割时在0.216微米到0.253微米的范围内速度在201.08 m/min到502.70 m/min之间。随着切割速度的增加，Ra，W总体上减小。增加。但是，当切削速度为达到402.16 m/min，主要是工具造成的振动导致加工表面的颤振痕迹和因此，增加表面粗糙度。在这只涉及一个因素的实验，Ra，W是比RA，E大，因为铣削条件端面成形不同于

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