SiCp/Al復合材料是一種剛性顆粒增強型金屬基復合材料，由于它具有比強度和比剛度高、線膨脹系數小、尺寸穩定性好、耐磨耐熱性好、可重熔性好、價格低廉等優點，因此被廣泛應用于航天、航空和汽車工業。由于該材料中加入了高強度的硬脆SiC陶瓷顆粒，極大地提高了基體材料的力學性能。近年來，應用超聲振動切削方法加工難加工材料顯示出加工精度高、質量好的優點，其良好的加工性能引起人們的極大關注，超聲振動加工正逐漸成為精密、超精密加工的重要手段之一。筆者基于PCD刀具加工SiCP/Al復合材料的普通車削與超聲振動車削試驗，對PCD刀具超聲振動切削金屬基碳化硅顆粒增強復合材料的加工工藝進行了初步探討，分析對比了切削速度、進給量和切深等切削參數對切削力的影響規律，試驗和討論結果對金屬基復合材料的切削加工（尤其對薄壁類、細長軸零件的加工）具有一定指導意義。
　　刀；工件材料：金屬基復合材料SiCP/Al棒料，熔鑄，重量百分含量12%粒度W14棒料直徑42mm，長振動裝置：自制縱向振動裝置（振幅15rtm頻率切削力測量裝置（見）測力系統采用北航SDC-C4A電阻應變式測力儀。該測力儀有多檔可選量程，試驗中選用的測量范圍為0~500N測量精度為0.2N（可滿足精密測量的要求）。由于測力儀頻響范圍為0~3000Hz，雖可滿足一般切削力測量的要求，但不能測出超聲振動切削中頻率高達20kHz的切削力脈沖波形，因此試驗中實際測出的是切削力的平均值。
　　3切削力與切削參數的單因素關系試驗與分析3.切削速度對切削力的影響為研究切削速度的變化對超聲振動切削力的影響，在切削試驗中，保持進給量/= 3mm不變，僅改變切削速度，分別測量機床轉速n=60r/min、90r/min、180i./min、305i/min時超聲振動切削和普通切削時的切削力Fc試驗結果見表1.表1切削力Fc與機床轉速n的關系機床轉速n（/min）振動切削力F（。（N）普通切削力F（。（N）試驗獲得的切削速度與切削力的關系如所示。由圖可見，普通切削時，隨著機床轉速增大，切削力變化不大。振動切削時，由于其脈沖切削效應，在一個振動周期T內只有tc時間進行切削，故平均切削力Fc為脈沖切削力峰值的tc/T且隨著切削速度增加，有效切削時間tc變長，平均切削力Fc也逐漸增大。當切削速度接近臨界切削速度（即tc/T）時，Fc=Fc（此時即為普通切削狀態）。由圖可見切削力隨轉速增大而逐漸增大的變化趨勢：當轉速為60r/min時，振動切削的切削力只有普通切削時的1/3；隨著轉速增大，有效切削時間隨之增加，當轉速增大到180r/min時，振動切削的平均切削力增大到普通切削時的1/2左右；當轉速接近臨界轉速時，振動切削即轉化為普通切削。由此可知，試驗結果與理論分析基本吻合。
　　3.2進給量對切削力的影響為研究進給量的變化對超聲振動切削力的影響，在切削試驗中，保持機床轉速n=90r/min、切深。cnki.net =0.3mm不變，僅改變進給量f分別測量進給量2Cmm時超聲振動切削和普通切削的切削力Fc試驗結果見表2.表2切削力Fc與進給量/的關系進給量/（mm/r）振動切削力F（。（N）普通切削力F（。（N）試驗獲得的進給量與切削力的關系如所示。由圖可見，隨著進給量的增大，切削抗力增大，普通切削力和振動切削力均隨之增大，但振動切削力增大速度更快，其原因是隨著進給量及進給抗力的增大，振動切削的振幅減小，導致切削力增大較快。由于振動切削時較大的進給量可能引起刀架的低頻振動，因此本試驗中選用的進給量較小，以保證加工精度和加工表面質量。
　　為研究切削深度的變化對超聲振動切削力的影響，在切削試驗中，保持機床轉速n=90i/min、進給量/=0.08mm/r不變，僅改變切深分別測量切3mm、0.5mm時超聲振動切削和普通切削的切削力Fc試驗結果見表3.表3切削力Fc與切深ap的關系振動切削力F（。（N）普通切削力F（。（N）試驗獲得的切削深度與切削力的關系如所示。由圖可見，切削力對切削深度的變化相當敏感。
　　當切深aP< 0.3mm時，振動切削力僅為普通切削力的1/3；當切深達到0.5時，振動切削力和普通切上的切削負荷增大，刀具振幅減小，振動切削的脈沖切削效應減弱，使振動切削時的平均切削力增大。
　　+振動切削+普通切削切削深度與切削力的關系綜合分析普通切削和超聲振動切削時切削力與切削參數的單因素關系試驗結果可知：（與普通車削相比，超聲振動車削的平均主切削力Fc明顯減小。在較小切削用量下，Fc的減小尤為顯著。
　　在超聲振動車削條件下，隨著切削用量的加大，切削力穩定增加。超聲振動車削的切削力一切削速度特性與普通切削時因積屑瘤影響而表現出的切削力一切削速度特性有明顯區別。顯微觀察表明，在相應的的切削速度范圍內，超聲振動車削不會產生積屑瘤。
　　當切削速度v大于臨界切削速度時，超聲振動車削仍具有上述特點；當v增大到一定值后，切削力的增加趨于平緩。
　　4振動切削時切削力與切削參數的多因素正交試驗與分析（1）多因素正交試驗方案對SiCp/Al金屬基復合材料進行超聲振動車削的切削力正交試驗，通過回歸正交分析，討論切削力與各切削參數之間的關系，并選擇合適的振動切削參數。轉速、進給量和切深是車削過程中重要且基本獨立的三個參數，因此選擇上述三個參數作為正交試驗因素。采用L9（23）正交表作三因素、三水平的正交試驗（不考慮交互作用），建立表4所示試驗因素水平表。
　　表4試驗因素水平表試驗因素進給量（mm/1）切深（mm）水平1水平2水平削力逐漸接近，cM隨著切深的增加刀具單位面積MSh得1示切力試試驗數據。根據表4所列切削條件，采用L9（23）正交表，可表5切削力試驗數據試驗序號轉速Cm/min）進給量B、檢驗參數t和檢驗值F為廣N，對表5數據進行正交回歸分析，可得回歸系數采用F檢驗法檢驗回歸方程效果，因為F=11.（3，5）=5.41，所以該回歸方程相當顯著?；貧w方程中的各個自變量則采用t檢驗，因為t3>1，所以切深對于切削力是不可忽略因素。由回歸方程的指數可知，/、v、ap對切削力的影響是遞增的。由切削力與各因素的關系可知：切削力與切深基本成正比，這與普通切削規律相似；進給量對切削力也產生正影響，但對切削力的影響程度不如切深；切削速度對切削力的影響程度大于進給量，這是因為振動切削時，隨著切削速度的增大，振動周期內刀具的有效切削時間增加，從而導致切削力增大。
　　與普通車削相比，在較小切削用量下，超聲振動車削具有平均主切削力較小的顯著優勢。
　　采用超聲振動車削時，在兼顧加工效率的前提下，應適當選取較小的切削速度，以有效減小切削軸等剛性較差零件時可獲得滿意的加工精度。
　　由切深aP的指數特點可知，要減小切削力，必須使aP< 1mm由此也可說明超聲振動車削特別適合精密和超精密加工。
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