“工业母机—复合材料加工”专题 | 湖南科技大学李树健教授团队：加工参数对B4C/6061Al复合材料铣削性能的影响

专题文章（三）

作者简介

李树健

湖南科技大学

教授、博导

• 湖南科技大学高层次人才

• 获湖南省教学成果三等奖1项、湖南省仪器仪表学会二等奖2项

• 长期从事难加工材料高质切削加工技术、先进复合材料结构设计和一体化成型工艺等方面的研究工作

粱刘杰, 李炽, 杨彭, 唐敏成, 许袁鑫, 李树健. 加工参数对B4C/6061Al复合材料铣削性能的影响[J]. 制造技术与机床, 2026(5): 32-39. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2026.05.003

粱刘杰 李炽 杨彭 唐敏成 许袁鑫 李树健

（湖南科技大学机电工程学院）

研究背景

B₄C/6061Al复合材料以铝合金为基体、碳化硼颗粒为增强相，兼具高比强度、高硬度及优异的中子吸收性能，在中子反应堆、乏核燃料储存等核能领域具有重要应用前景。然而，由于B₄C/6061Al中的硬脆B₄C颗粒与软韧铝合金基体混杂共存，在铣削加工时刀具刃口与异质组成相之间发生剧烈的交替摩擦作用，易引发刀具磨损加剧、加工表面质量难以控制等问题。团队前期研究虽初步揭示了材料去除行为和刀具磨损机制，但针对加工工艺参数对铣削性能的系统性认识尚不完善。因此，开展加工参数对B₄C/6061Al复合材料铣削性能的影响研究，对于优化其加工工艺、提升加工质量具有重要的理论与工程意义。

研究内容

本文通过开展B4C/6061Al铣削加工实验，系统分析了每齿进给量fz、轴向切深ap和主轴转速n对其铣削力、铣削温度、表面粗糙度、切屑特征和刀具磨损的影响规律。主要内容如下：

（1）铣削力和铣削温度分析：通过测力刀柄和热成像仪分别采集不同加工参数下的铣削力（x向、y向）时变信号和铣削温度云图，分析了每齿进给量、轴向切深和主轴转速对铣削力（平均铣削力、最大铣削力）及铣削温度（升温速率、峰值温度、热影响区分布）的影响。

（2）表面粗糙度和切屑特征分析：采用白光干涉仪测量不同参数下铣削表面的平均表面粗糙度（Sa）和最大表面粗糙度（Sz），并使用超景深显微镜观测切屑的形貌、厚度和宽度，研究了加工参数对表面微观形貌及切屑形成特征（卷曲状、尺寸变化、断裂平整性）的影响。

（3）刀具磨损分析：利用超景深显微镜观察不同参数下刀具后刀面的磨损形貌特征（涂层脱落、微崩刃、黏结、划痕等），并测量了后刀面磨损带宽度（VB），分析了加工参数对刀具磨粒磨损、黏结磨损及其磨损程度的影响。

结语

本文通过铣削实验研究了加工工艺参数对B4C/6061Al复合材料切削特性的影响，相关结论如下：

(1) 随每齿进给量和轴向切深增加，平均切削力呈增大趋势；随主轴转速增加，平均切削力呈减小趋势。但在fz=0.03 mm/z时，平均切削力出现局部下降，其中X和Y向的切削分力相较fz=0.02 mm/z时分别减小了10.5%和5.5%。

(2) 铣削温度随每齿进给量增大而降低，而轴向切深与主轴转速的增加均会促使温度升高。当转速从2 000 r/min增至5 000 r/min时，最高温度增幅达到了118.8%。

(3) 增大每齿进给量主要通过增加切屑厚度促进材料的脆性断裂，进而降低表面粗糙度；过大轴向切深会加宽切屑尺寸，易引发排屑不畅而恶化表面质量；提高主轴转速可有效减小切屑宽度并改善其断裂形态，从而显著提升表面质量。

(4) TiAlN涂层硬质合金铣刀的磨损失效形式主要为磨粒磨损和粘结磨损，其后刀面磨损带宽度随每齿进给量增加而减小，随轴向切深和转速增加而增大。

近年团队发表文章

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