饶江华 梁小文

摘要： 砂型是由微小的砂粒经粘结剂发生化学反应粘结而成的，属于典型的脆性材质，其铣削机理完全不同金属材质。本文以覆膜砂砂型为研究对象，以不同铣削深度加工，通过SEM扫描电镜观察数控铣削砂型表面微观形貌，分析铣削机理。

关键词： 覆膜砂;铣削机理;微观形貌

引言

砂型数控铣削技术作为新型加工技术，把铸造行业和先进制造技术有机结合，是对传统铸造技术的重大改革，具有加工周期短、绿色环保、精密度高、相应快等特点，有利于提高铸造行业竞争力，促进铸造行业的快速发展，砂型数控铣削技术在未来具有广阔的市场前景。

然而砂坯是由硬度较高的原砂颗粒粘结而成，存在结构不均匀性、脆性高、韧性差等特性，在铣削加工过程中造成加工表面粗糙凹凸不平等问题，本文针对上述存在的问题，通过SEM扫描电镜观察断裂形貌，分析其铣削机理。

砂型铣削基本特征

在数控铣削中，砂型受到高速运转刀具挤压碰撞中，首先破坏的是砂粒间的“粘结桥”而不是砂粒本身。通过SEM扫描电镜观察加工后的砂型的表面结构，可清晰观察到砂粒之间“粘结桥”断裂。

砂型铣削机理模型

均匀材质在铣削加工中，受到刀具挤压，主要表现为弹性变形和塑性变形，而砂型为非均匀材质，具有较高的脆性，比较符合典型的脆性材料加工，加工的铣削力远小于金属铣削力，所以砂型的铣削加工断裂机理完全不同于金属铣削加工。实质上是砂型在高速转动的刀具的切削和挤压作用下，砂粒间内部“粘结桥”断裂，刀具移动使裂纹进而扩展，砂粒分离的过程。砂型为非均匀材质，断裂机理与铣削力有较大联系，而铣削力主要表现在随着铣削深度加大而增加。因此，提出如图1所示的两种不同深度铣削的砂型铣削机理模型。

当铣削深度比较小时，如图1（1），砂型受到刀具多方面挤压，粘结桥发生剪切断裂并与砂型母体脱离而形成准连续切屑为主的断裂方式，表现出颗粒粉末砂屑状态。如图2（1）。主要原因是在铣削深度较小时，刀具刃口半径在加工材料表面运动，几乎不存在应力集中，砂粒间粘结桥几乎都断裂，表现为以准连续切屑为主，从而产生颗粒粉末状为主的砂屑。

随着加工深度增加，且增加到一定深度时，铣削加工区域将主要表现为应力集中，砂型将出现脆性断裂，由于为非均匀材质，裂纹不同于均匀材质的金属材质，在转动刀具挤压下，切削刃前马上产生裂纹并向下延伸，由于刀具的不断转动，裂纹继续向前下方延伸，最终延伸到加工表面，从而出现块状的断裂块屑。如图2（2），使得铣削加工后砂型表面存在着较多凹坑，加工后表面凹凸不平，且无规律性。

砂型数控加工铣削机理分析

数控加工的对象大部分是是金属材料，具有基体是连续均匀介质的，被切削工件受到运转刀具的前刀面作用挤压下，会产生弹性形变、塑性变形和剪切滑移，运动的刀具进而使切削层金属与母体材料分离。砂型的数控加工机理则不同于金属材质，主要表现为脆性断裂，一方面，当裂纹向上扩展，刀具底面行走路径近乎平行，加工出的表面较为平整;裂纹深入砂型加工亚表面时，表现出凹坑的脆性断裂面。另一方面，砂粒间的“粘结桥”不可能都在加工表面层上，砂粒本身硬度高，运动的刀具与砂粒相遇时，不会直接将砂粒切割，而是破坏粘结桥，从而迫使砂粒脱离母体，留下大小不同的凹坑，这些断裂凹坑具有不均匀且无规则性，因此砂型加工后的表面是一种无规律分布、大小不同的凹坑组成。

结论

通过使用SEM扫描电镜观察加工后的砂型表面微观形状，发现凹坑数目与铣削深度的有密切的关系;由于砂型铣削为脆性断裂，随着铣削深度加大，出现应力集中，裂纹延伸，铣削深度比较浅时，主要以粉末为主;铣削深度比较深时，主要以块状为主。铣削随着深度增加，它的粉末由準连续粉向块状的转变。

参考文献

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