基于高硅铝合金CE11铣削刀具的摩擦磨损特性研究

摘要

高硅铝合金作为铝合金中市场份额最大的一个分支，具有比重小、热膨胀系数低、导热性好等一系列优点，因此有着广阔的发展前景。但是，硅含量的增加会使材料的切削性能下降，因此，高硅铝合金是一种难加工材料。现有研究文献证明，采用硬质合金、PCD、金刚石涂层刀具或高速加工技术能有利改善高硅铝合金的切削加工性，但综合国内企业设备、工艺系统及经济效益，研究硬质合金刀具加工高硅铝合金的磨损特性，解决高硅铝合金在切削加工中刀具磨损严重、加工表面质量差等问题，具有更为重大的现实意义。
　　本课题首先基于铣削实验研究硬质合金立铣刀加工高硅铝合金CE11的摩擦学行为，借助测力系统、红外热成像仪等装置对加工过程中的切削力和接触面温度进行测量。再利用切削力求得加工过程中的平均摩擦系数，首先为模拟加工高硅铝合金CE11的刀具磨损仿真提供数据支撑。其次根据摩擦系数可以分析主轴转速对摩擦特性的影响，主轴转速越大，摩擦系数越小。在摩擦过程中，摩擦系数随着时间的变化呈先减小后增大的趋势。高硅铝合金在铣削加工过程中温度变化不大，摩擦系数与摩擦温度呈反比关系，在摩擦温度最高时摩擦系数最小。
　　运用有限元仿真软件Deform3D建立单齿铣削刀具的模型，通过正交试验法设计有限元分析方案，以模拟硬质合金刀具铣削加工高硅铝合金CE11的刀具磨损过程，分析铣削用量对刀具磨损特性的影响。为了验证仿真数据的有效性和可靠性，在数控加工中心进行刀具磨损的实验，并利用光学测量显微镜对刀面的磨损量进行测量。将实验结果与仿真结果进行对比分析，最终结论得出有限元仿真法可以进行高硅铝合金铣削过程的模拟，具有一定的可行性。