“工業母機—復合材料加工”專題 | 湖南科技大學李樹健教授團隊：加工參數對B4C/6061Al復合材料銑削性能的影響

專題文章（三）

作者簡介

李樹健

湖南科技大學

教授、博導

• 湖南科技大學高層次人才

• 獲湖南省教學成果三等獎1項、湖南省儀器儀表學會二等獎2項

• 長期從事難加工材料高質切削加工技術、先進復合材料結構設計和一體化成型工藝等方面的研究工作

粱劉杰, 李熾, 楊彭, 唐敏成, 許袁鑫, 李樹健. 加工參數對B4C/6061Al復合材料銑削性能的影響[J]. 制造技術與機床, 2026(5): 32-39. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2026.05.003

粱劉杰 李熾 楊彭 唐敏成 許袁鑫 李樹健

（湖南科技大學機電工程學院）

研究背景

B?C/6061Al復合材料以鋁合金為基體、碳化硼顆粒為增強相，兼具高比強度、高硬度及優異的中子吸收性能，在中子反應堆、乏核燃料儲存等核能領域具有重要應用前景。然而，由于B?C/6061Al中的硬脆B?C顆粒與軟韌鋁合金基體混雜共存，在銑削加工時刀具刃口與異質組成相之間發生劇烈的交替摩擦作用，易引發刀具磨損加劇、加工表面質量難以控制等問題。團隊前期研究雖初步揭示了材料去除行為和刀具磨損機制，但針對加工工藝參數對銑削性能的系統性認識尚不完善。因此，開展加工參數對B?C/6061Al復合材料銑削性能的影響研究，對于優化其加工工藝、提升加工質量具有重要的理論與工程意義。

研究內容

本文通過開展B4C/6061Al銑削加工實驗，系統分析了每齒進給量fz、軸向切深ap和主軸轉速n對其銑削力、銑削溫度、表面粗糙度、切屑特征和刀具磨損的影響規律。主要內容如下：

（1）銑削力和銑削溫度分析：通過測力刀柄和熱成像儀分別采集不同加工參數下的銑削力（x向、y向）時變信號和銑削溫度云圖，分析了每齒進給量、軸向切深和主軸轉速對銑削力（平均銑削力、最大銑削力）及銑削溫度（升溫速率、峰值溫度、熱影響區分布）的影響。

（2）表面粗糙度和切屑特征分析：采用白光干涉儀測量不同參數下銑削表面的平均表面粗糙度（Sa）和最大表面粗糙度（Sz），并使用超景深顯微鏡觀測切屑的形貌、厚度和寬度，研究了加工參數對表面微觀形貌及切屑形成特征（卷曲狀、尺寸變化、斷裂平整性）的影響。

（3）刀具磨損分析：利用超景深顯微鏡觀察不同參數下刀具后刀面的磨損形貌特征（涂層脫落、微崩刃、黏結、劃痕等），并測量了后刀面磨損帶寬度（VB），分析了加工參數對刀具磨粒磨損、黏結磨損及其磨損程度的影響。

結語

本文通過銑削實驗研究了加工工藝參數對B4C/6061Al復合材料切削特性的影響，相關結論如下：

(1) 隨每齒進給量和軸向切深增加，平均切削力呈增大趨勢；隨主軸轉速增加，平均切削力呈減小趨勢。但在fz=0.03 mm/z時，平均切削力出現局部下降，其中X和Y向的切削分力相較fz=0.02 mm/z時分別減小了10.5%和5.5%。

(2) 銑削溫度隨每齒進給量增大而降低，而軸向切深與主軸轉速的增加均會促使溫度升高。當轉速從2 000?r/min增至5 000?r/min時，最高溫度增幅達到了118.8%。

(3) 增大每齒進給量主要通過增加切屑厚度促進材料的脆性斷裂，進而降低表面粗糙度；過大軸向切深會加寬切屑尺寸，易引發排屑不暢而惡化表面質量；提高主軸轉速可有效減小切屑寬度并改善其斷裂形態，從而顯著提升表面質量。

(4) TiAlN涂層硬質合金銑刀的磨損失效形式主要為磨粒磨損和粘結磨損，其后刀面磨損帶寬度隨每齒進給量增加而減小，隨軸向切深和轉速增加而增大。

近年團隊發表文章

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