1．引言

    近二十年來，隨著科學(xué)研究的不斷深入，顆粒增強鋁基復(fù)合材料已經(jīng)發(fā)展成為航空航天及汽車工業(yè)常用的一種重要新材料。這種材料具有高比強度和比剛度、低熱膨脹系數(shù)、低密度、高微屈服強度、良好的尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性以及耐磨、耐疲勞等優(yōu)異的力學(xué)性能和物理性能。由于此類材料具有各向同性并能適用于不同的加工方法（如擠壓、鍛造或軋制成各種型材），隨著對其制備工藝、力學(xué)性能的研究取得顯著進展，其應(yīng)用已擴展到電子、體育用品等日用消費品領(lǐng)域，如制作自行車框架、微電子器件的機座等。而在各種顆粒增強鋁基復(fù)合材料中，SiC因其具有較小的密度、較低的制備成本，已成為目前顆粒增強鋁基復(fù)合材料中使用最多的增強顆粒之一。
    SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料的基體中彌散分布著的SiC顆粒具有高模量、高強度、高硬度（2800HV）以及良好的高溫性能。這些增強顆粒的強化使得復(fù)合材料的屈服強度提高，但復(fù)合材料中SiC顆粒周圍和遠(yuǎn)離顆粒處應(yīng)力很不均勻，同時SiC顆粒幾乎不可塑性變形，因此在切削加工過程中基體發(fā)生塑性變形而SiC顆粒只發(fā)生彈性變形、轉(zhuǎn)動、脆性破壞或脫落，這既不同于脆性材料的切削，也不同于塑性的普通鋁合金的切削；同時，作為增強相的SiC顆粒本身即是一種高硬度的磨料，在切削過程中會使刀具產(chǎn)生較大的磨損。上述特性使得SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料的切削加工性較差，限制了這種材料的進一步推廣和使用。目前國內(nèi)外研究多集中于用硬質(zhì)合金、PCD刀具對這種材料進行車削或振動車削加工，而對其切削性能如切削力、表面質(zhì)量（表面粗糙度、表面形貌）的研究較少。本文主要對SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料在高速銑削條件下的切削性能進行試驗與分析。通過銑削試驗研究了銑削速度對切削力、表面粗糙度、表面形貌的影響以及銑削過程中刀具的磨損，揭示了該材料的高速切削機理，并獲得了可保證較高加工表面質(zhì)量的銑削參數(shù)范圍，對實現(xiàn)此類材料的高效高精度加工具有重要意義。

     2．試驗條件與方法

     由于復(fù)合材料基體中散布著硬脆的SiC顆粒，切削過程中振動較大，因此銑削加工采用高性能的高速加工中心，刀具選用耐磨性優(yōu)良、耐熱性較好、硬度和韌性較高的超細(xì)顆粒涂層硬質(zhì)合金刀具。
    機床：DMU70V高速加工中心(2262009-GB)，主軸轉(zhuǎn)速：20～12000r/min。
工件材料：SiCp/Al Wt15%，粒度W14，抗拉強度σb=370MPa，彈性模量E=100GPa；試件尺寸33×5×17（mm）。
    刀具：TiAlN涂層整體硬質(zhì)合金圓柱螺旋立銑刀(兩刃)，直徑d=6mm。
    銑削方式：端銑平面（干式銑削）。銑削參數(shù)：銑削速度v=10～180m/min（轉(zhuǎn)速n=530～9554r/min），進給量f=0.02mm/z，銑削深度ap=0.5mm。
    測量裝置：采用由Kistler9227型四分量動態(tài)測力傳感器、5019A型電荷放大器、C10-DAS1692/12型數(shù)據(jù)采集卡組成的測力儀系統(tǒng)測量SiC顆粒增強鋁基復(fù)合材料高速銑削過程的切削力，測力系統(tǒng)用JB-3C粗糙度測試儀測量工件銑削表面粗糙度；在掃描電鏡SEM下對工件表面形貌和刀具磨損情況進行觀察研究。

     3．試驗結(jié)果及分析

    3.1 銑削力
    按上述銑削試驗方法使用Kistler測力儀系統(tǒng)分別對不同轉(zhuǎn)速條件下的三向動態(tài)銑削力進行測量。根據(jù)在轉(zhuǎn)速v=20m/min時的銑削力實測圖，取銑削過程中銑削力的峰值按從大至小排序的前50個值的平均值，得到在主軸轉(zhuǎn)速v=10～180m/min變化過程中的三向銑削力與銑削速度的關(guān)系曲線，由該曲線可知：在其他銑削參數(shù)不變的情況下，隨著銑削速度的提高，銑削力Fz、Fy、Fx均隨之逐漸增大；同時，在銑削速度提高過程中，銑削振動也明顯增大。這主要是由以下原因所造成：一是隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，切削速度增加，材料應(yīng)變速率增加，單位時間內(nèi)的切削體積增大，從而導(dǎo)致銑削力增大；二是根據(jù)位錯—顆粒交互作用理論，對于顆粒增強金屬基復(fù)合材料存在一個臨界應(yīng)變速率。當(dāng)應(yīng)變速率在該臨界值以下時，位錯從顆粒上攀移過的速度大于位錯到達(dá)顆粒周圍的速度，則顆粒周圍沒有位錯堆積；當(dāng)應(yīng)變速率大于該臨界值時，位錯到達(dá)顆粒周圍的速度大于位錯從顆粒上攀移過去的速度，從而導(dǎo)致位錯在顆粒周圍堆積，顆粒中的應(yīng)力逐漸增加并導(dǎo)致高強度增強顆粒斷裂、破損。因此，在較低的銑削速度、