GLGQXX新型高强度铝合金切削过程中稀土作用及切削加工性研究

The GLGQXX aluminum alloy, a new type high strenghth casting aluminum alloy,has been produced in a large scale. The alloy with a trace of Ce, La, Pr rare earth elements is melt by ordinary industrial pure aluminum,and possesses many advanced behaviours,such as high tensile strength (>450MPa),large elongation(5%-7%).GLGQXX aluminum alloy has very broad application prospects,both the tensile strength and elongation of GLGQXX deformation aluminum alloy can reach 500MPa,>8% repectively..In this research, the machined materials chosed are GLGQXX casting aluminum alloy and GLGQXX deformation aluminum alloy, typical cutting tool materials(HSS, cemented carbide and tool coats) and typical cutting styles(turning,milling) are chosed,and the reaearch methods employed are combinations of theoretical analysis, experimental studies and simulation analysis. The research contents are as follows:.1) Migration law of rare metals during the cutting process, and its effects on behaviour and wear resistance of cutting tool material;.2) Research of aluminum alloy machinability,including cutting force,cutting temperature,BUE(build-up edge),burr,etc.;.3) Research of aluminum alloy suface quality:including surface roughness, residual stress,work hardening,etc...From the above researches, the cutting process technology and cutting tool technology of GLGQXX aluminum alloy can obtained, and these are helpful for further popularization of GLGQXX aluminum alloy.In the meanwhile, the research of rare metal migration of GLGQXX aluminum alloy is much more meaningful for understanding of influences of rare earth element in other rare matal workpiece during the cutting process.

GLGQXX铝合金材料是一种新型高强度铸造铝合金，其添加了微量Ce、La、Pr稀土元素，用普通的工业铝冶炼，具有强度高（>450MPa）、塑性大（5%-7%）、冶炼成本低等特点，其形变后抗拉强度可达到500MPa，伸长率 达8%以上,应用前景十分广阔。本项目选用GLGQXX铸造铝合金和GLGQXX形变铝合金为对象，选用有代表性的刀具材料，重点围绕车、铣两类加工方式，采用理论分析、实验研究以及计算机模拟研究相结合的方法开展稀土元素在切削过程中的迁移规律及其对刀具材料性能和抗磨损能力的影响研究，切削加工过程现象、切削力和切削温度分布的研究以及加工表面粗糙度、表面残余应力、表面层硬化的研究，探索稀土元素的迁移规律及其对刀具材料的组织、结构和性能的影响，以期获得GLGQXX材料匹配的加工工艺技术和刀具技术，为GLGQXX铝合金材料更大规模的推广应用奠定基础。

GLGQXX铝合金材料是我国具有完全知识产权的产品，已被全国有色金属标准化技术委员会正式注册为新牌号211Z.X，因此在本研究相关报告中，GLGQXX铝合金材料统一表述为211Z.X。本研究过程中，项目团队选用有代表性刀具及其材料，采用理论分析、仿真模拟、实验研究相结合开展研究。在稀土迁移及其对刀具影响研究方面，研究了211Z.X铝合金中稀土元素含量及其赋存状态，基于刀-屑接触特性设计了静热加压接触扩散、摩擦副接触加热扩散、盘销摩擦接触扩散三个试验装置以观测稀土迁移及其对刀具影响，实测了切削加工后刀具中稀土含量，发现211Z.X铝合金中稀土元素含量极微量且分布极不均匀、稀土赋存的具体形态不甚清楚，没有发现稀土向对偶件（基于设计的实验装置）和刀具（基于实际切削实验）扩散或扩散太微少以至于无法测出，进而得出了刀具切削211Z.X铝合金过程中不用考虑稀土对切削过程影响的结论；在211Z.X加工性研究方面，建立了211Z.X本构方程，主要通过单因素实验和正交实验相结合，研究了多种车削和铣削方式下切削参数对切削力、切削温度、加工表面粗糙度、表面残余应力等的影响，得到了其影响规律，建立了影响预测模型；在刀具设计和分析研究方面，提出了前刀面切削刃近域微槽创新设计、湿切削仿真过程中传热边界确定、基于PD(Peridynamics硬质合金刀具脆性破损分析、结合切削力实验预测加工过程切削能等方法，基于刀具前刀面切削刃近域创新设计方法创新设计了具有明显降温效果的加工211Z.X等多款刀具，为211Z.X高强度铝合金及其他难加工材料的研究提供了新的途径。