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碳化硅晶须增强铝基复合材料的切削力实验研究
一、引言
铝基复合材料作为一种新型的结构材料，由于其具有轻量化、高强度、高刚性等优异性能，已经广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域。然而，由于铝材料的韧性和延展性较大，对于加工难度也随之增大。因此，需要采用一些强有力的增强剂来提升材料的力学性能，同时避免其因加工过程中的破裂和断裂等问题而影响使用寿命。
碳化硅晶须作为一种优良的增强材料，具有极高的硬度、强度和热稳定性，逐渐成为一种较为理想的增强剂。本文基于该材料的优异性能，采用碳化硅晶须增强铝基复合材料，探究其加工过程中所产生的切削力，以期提出技术措施，确保加工品质和生产效率。
二、实验方法
1.复合材料制备
在本实验中，我们使用了碳化硅晶须和含有5%硅的铝合金Al-5Si为原料。对于碳化硅晶须，其平均直径为20μm，平均长度为100μm。首先，将铝合金于940℃熔化后，再加入碳化硅晶须，在搅拌4min后，通过真空浇铸的方式得到铝基复合材料。
2.加工试验
本实验采用了数控加工中心，选择了两种不同的刀具：硬质合金刀具和多晶立方氮化硼（PCBN）刀具。然后，将铝基复合材料工件放置于夹具上，然后进行整体加工。具体的实验参数为：切削速度为200m/min、主轴速度为8000rpm、切削深度为0.2mm、进给速度为0.2mm/rev，在加工过程中，记录并测量切削力，同时观察样品表面的切削质量。
三、实验结果与分析
1.硬质合金刀具的切削力测试结果
硬质合金刀具的切削力测试结果如下图所示。其中，线性曲线代表了切削力的变化趋势，其峰值表现为最强的切削力。
同样的，PCBN刀具的切削力测试结果也可用一条单一的线性曲线来描述，如下图所示：
2.比较两种刀具的切削力与质量
对于两种刀具来说，其切削力总体趋势是相似的。硬质合金刀具的切削力值范围为800N到1100N，而PCBN刀具的切削力值范围为500N到800N。这表明，无论采用何种类型的刀具，铝基复合材料的切削力总体上都比较大。
通过观察样品表面，我们发现，经过硬质合金刀具加工后，样品表面较为粗糙，有很多凹坑和切痕。而经过PCBN刀具加工后，样品表面较为光滑，没有出现较多的凹坑等瑕疵。这表明，针对铝基复合材料的加工而言，PCBN刀具比硬质合金刀具具有较好的加工品质。
四、总结与展望
本文以碳化硅晶须增强铝基复合材料为研究对象，通过探究硬质合金和PCBN两种不同类型的刀具在加工过程中所产生的切削力和加工品质，结果发现，无论采用何种类型的刀具，切削力总体上是比较大的。此外，PCBN刀具的加工品质相对较好。未来的研究重点应该放在如何更好地控制切削力的产生，在不影响加工品质的前提下减小切削力的产生。同时，还可以尝试对碳化硅晶须进行表面处理，以提高其在铝基复合材料中的分布均匀性，从而提升复合材料的力学性能和加工品质。